JP4777856B2 - Laser welding equipment - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光とアシストガスとの協働により被溶接体に溶接を施行するためのレーザ溶接装置に関する。 The present invention relates to a laser welding apparatus for performing welding on an object to be welded by cooperation of a laser beam and an assist gas.
レーザ光の被照射部に向けてアシストガスを噴射するレーザ溶接装置が知られている。例えば、特許文献1に記載のレーザ溶接装置は、可動自在なガス供給ノズルを備えている。このレーザ溶接装置では、被溶接体の材質、板厚、溶接面形状などの溶接条件に応じて、アシストガスの噴射角度の目標値が設定される。そして、レーザ溶接装置では、センサによって検出された噴射角度に基づいて目標値からの偏差を演算し、サーボモータなどのアクチュエータのフィードバック制御によって偏差が無くなるようにガス供給ノズルが傾けられる。 There is known a laser welding apparatus that injects an assist gas toward a portion to be irradiated with laser light. For example, the laser welding apparatus described in Patent Document 1 includes a movable gas supply nozzle. In this laser welding apparatus, a target value of the assist gas injection angle is set in accordance with welding conditions such as the material of the workpiece, the plate thickness, and the welded surface shape. In the laser welding apparatus, the deviation from the target value is calculated based on the injection angle detected by the sensor, and the gas supply nozzle is tilted so that the deviation is eliminated by feedback control of an actuator such as a servo motor.
しかしながら、溶接開始から終了まで連続的にフィードバック制御を行うと、ガス供給ノズルの噴射角度が目標値に落ち着かず、発散系の制御になってしまう可能性がある。特に、サーボモータを有するアクチュエータの位置決め性能がセンサの位置検出性能に比べて劣る場合には、発散系の制御になると、ガス供給ノズルに微振動が起こる。さらに、サーボモータは、センサに比べて経年劣化しやすく、使用を続けていくうちにガス供給ノズルが振動し易くなる。 However, if feedback control is continuously performed from the start to the end of welding, the injection angle of the gas supply nozzle does not settle at the target value, and there is a possibility that the control of the divergent system is performed. In particular, when the positioning performance of the actuator having the servo motor is inferior to the position detection performance of the sensor, a slight vibration occurs in the gas supply nozzle when the control is a divergent system. Furthermore, the servo motor is more likely to deteriorate with age than the sensor, and the gas supply nozzle is likely to vibrate as it continues to be used.
本発明は、ガス供給ノズルの位置ズレを確実に防止しつつ、アシストガスによる溶接異常を起き難くしたレーザ溶接装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laser welding apparatus in which misalignment of an assist gas is less likely to occur while reliably preventing misalignment of a gas supply nozzle.
本発明は、被溶接体にレーザ光を照射するレーザヘッドと、レーザ光の被照射部に向けて斜めからアシストガスを噴射するガス供給ノズルと、を備えたレーザ溶接装置において、ガス供給ノズルを可動させるノズルアクチュエータと、被照射部の溶融状態を示すプラズマとプルームとの光強度、表面で反射するレーザ光の光強度、及び溶融池の温度の少なくとも一つの変化を検出する溶接状態検出部と、溶接状態検出部からの出力信号に基づいて、アシストガスに起因した溶接異常の有無を判断する溶接異常判断部と、溶接異常判断部によって溶接異常有りと判断されたときにのみ、ガス供給ノズルを、予め溶融池の温度が最も高い箇所となるように設定された初期位置の状態に戻すようにノズルアクチュエータに駆動信号を出力するアクチュエータ制御部とを備えたことを特徴とする。 The present invention relates to a laser welding apparatus comprising: a laser head that irradiates an object to be welded with laser light; and a gas supply nozzle that injects an assist gas obliquely toward the irradiated portion of the laser light. A movable nozzle actuator , and a welding state detection unit that detects at least one change in light intensity of plasma and plume indicating a melting state of the irradiated portion, light intensity of laser light reflected on the surface, and temperature of the molten pool The gas supply nozzle only when it is determined that there is a welding abnormality by the welding abnormality determination unit and the welding abnormality determination unit that determines whether there is a welding abnormality due to the assist gas based on the output signal from the welding state detection unit and outputs a drive signal to the actuators so as to return to the set state of the initial position so that the temperature of the pre-molten pool becomes highest point activator Characterized in that a mediator controller.
このレーザ溶接装置によれば、被照射部の溶融状態を示すプラズマとプルームとの光強度、表面で反射するレーザ光の光強度、及び溶融池の温度の少なくとも一つの変化に基づいて、アシストガスに起因した溶接異常の有無が判断される。そして、レーザ溶接装置は、溶接異常有りと判断する場合にのみ、ガス供給ノズルを予め設定された初期位置の状態に戻し、溶接異常有りと判断しない場合には、ガス供給ノズルが初期位置の状態からズレていたとしても溶融池の温度が最も高い箇所となる初期位置の状態には戻さない。その結果として、フィードバック制御によって初期位置からの偏差を無くすようにガス供給ノズルを移動させる場合に比較して発散系の制御になり難く、ガス供給ノズルを振動し難くする。 According to this laser welding apparatus, the assist gas is based on at least one change in the light intensity of the plasma and plume indicating the molten state of the irradiated portion, the light intensity of the laser light reflected on the surface, and the temperature of the molten pool. Whether or not there is a welding abnormality due to this is determined. The laser welding apparatus returns the gas supply nozzle to the preset initial position only when it is determined that there is a welding abnormality, and when it is not determined that there is a welding abnormality, the gas supply nozzle is in the initial position. Even if it is deviated from the initial position, it does not return to the initial position where the temperature of the molten pool is the highest . As a result, compared with the case where the gas supply nozzle is moved so as to eliminate the deviation from the initial position by feedback control, it becomes difficult to control the diverging system, and the gas supply nozzle is hardly vibrated.
また、初期位置は、ガス供給ノズルの前後左右位置によって予め設定されていると好適である。レーザ光の走査に伴ってガス供給ノズルが初期位置の状態から前後または左右にズレた場合、前後左右の動作によってガス供給ノズルを初期位置の状態に戻すような制御が行われる。 Further, it is preferable that the initial position is set in advance by the front / rear / left / right positions of the gas supply nozzle. When the gas supply nozzle is shifted back and forth or left and right from the initial position as the laser beam is scanned, control is performed to return the gas supply nozzle to the initial position by front and rear and right and left operations.
さらに、ガス供給ノズルの管軸線と被溶接体との交点を撮像する撮像素子と、初期位置のガス供給ノズルの管軸線と被溶接体との基準交点から撮像素子によって撮像された交点までの変位を求める変位演算部と、を更に備え、ノズルアクチュエータは、ガス供給ノズルを前後左右に移動自在に支持すると共に、ガス供給ノズルを平行移動させ、アクチュエータ制御部は、初期位置の状態に戻すために、変位演算部によって求められた変位を戻す補正量だけガス供給ノズルを平行移動させる駆動信号を出力すると好適である。ガス供給ノズルの管軸線と被溶接体との交点は、被溶接体上において実際にアシストガスが噴射される位置である。そして、溶接異常と判断されたときにのみ、このレーザ溶接装置では、基準交点に向けてアシストガスが噴射される状態にガス供給ノズルが戻り、溶接異常が解消する。 Furthermore, an image sensor that captures the intersection between the tube axis of the gas supply nozzle and the object to be welded, and a displacement from the reference intersection of the tube axis of the gas supply nozzle at the initial position and the object to be welded to the intersection imaged by the image sensor A displacement calculating unit for determining the position of the nozzle actuator, wherein the nozzle actuator supports the gas supply nozzle movably back and forth and right and left, translates the gas supply nozzle, and the actuator control unit returns to the initial position. It is preferable to output a drive signal that translates the gas supply nozzle by a correction amount that returns the displacement obtained by the displacement calculation unit. The intersection of the tube axis of the gas supply nozzle and the welded body is a position where the assist gas is actually injected on the welded body. Only when it is determined that there is a welding abnormality, in this laser welding apparatus, the gas supply nozzle returns to the state where the assist gas is injected toward the reference intersection, and the welding abnormality is resolved.
本発明によれば、ガス供給ノズルの位置ズレを確実に防止しつつ、アシストガスによる溶接異常を起き難くする。 According to the present invention, misalignment of the gas supply nozzle is reliably prevented, and welding abnormality due to the assist gas is less likely to occur.
以下、図面を参照して本発明に係るレーザ溶接装置の好適な実施の形態について詳細に説明をする。 Hereinafter, preferred embodiments of a laser welding apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
(レーザ溶接装置)
図1〜図3に示すように、レーザ溶接装置50は、溶接用熱源としてYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザを用いる溶接装置であり、被溶接体としてのステンレス製の板材Wに向けてレーザ光Lを照射するレーザヘッド52と、レーザ光Lの焦点近傍の被照射部Sに向けて斜めからアシストガスGを噴射するガス供給ノズル53とを備える。レーザヘッド52及びガス供給ノズル53は、二枚の板材Wが重なる箇所における直線状の接合予定線SSに沿って移動する。なお、以下の説明において、レーザヘッド2の進行方向を基準にして前方と後方及び左方と右方を説明し、レーザ光Lの照射方向を下方、その逆を上方として説明する。
[ First Embodiment]
(Laser welding equipment)
As shown in FIGS. 1 to 3 , the
レーザヘッド52は、ケース52a内にレーザ発振部52bを備える。YAGレーザは、光励起型の個体レーザであり、レーザ発振部52bは、発振波長が1.06μmのレーザ光Lを出射する。レーザ光Lの光軸LS上には、光学ガラス製の集光レンズ52cが配置され、集光レンズ52cを透過したレーザ光Lは、極めて小さな点に集光される。 The
さらに、ケース52a内には反射鏡2d(図3参照)が設けられており、反射鏡2dの近傍には、フォトセンサユニット54が設けられている。フォトセンサユニット54は、レーザ光の照射によって板材Wの表面で発生するプラズマとプルームとの光強度を検出する第1のフォトセンサ(溶接状態検出部)54aと、板材Wの表面で反射するレーザ光Lの光強度を検出する第2のフォトセンサ(溶接状態検出部)54bと、レーザ光Lの照射によって生じる溶融池Mの温度を検出する第3のフォトセンサ(溶接状態検出部)54cとを備えている。 Further, a reflecting
第1フォトセンサ54aは、レーザ光Lの波長を除く、約300nm〜約800nmの波長の光を検出する。そして、第1フォトセンサ54aは、プラズマの光強度に対応する出力信号と、プルームの光強度に対応する出力信号とをそれぞれ出力する。なお、プラズマの光強度に対応する出力信号と、プルームの光強度に対応する出力信号とは、双方を併せて出力してもよく、バンドパスフィルタなどによって、分離して出力してもよい。第1フォトセンサ54aからの出力信号は、後に詳述する主制御処理部68のCPU64に入力される。 The first photosensor 54a detects light having a wavelength of about 300 nm to about 800 nm, excluding the wavelength of the laser light L. The first photosensor 54a outputs an output signal corresponding to the light intensity of the plasma and an output signal corresponding to the light intensity of the plume. The output signal corresponding to the light intensity of the plasma and the output signal corresponding to the light intensity of the plume may be output together, or may be output separately by a band pass filter or the like. The output signal from the first photosensor 54a is input to the
第2フォトセンサ54bはレーザ光Lと同波長の光の強度に対応する出力信号を出力し、第3フォトセンサ54cはレーザ光Lの波長を除く赤外線領域の光の光強度に対応する出力信号を出力する。これらの各出力信号は、後に詳述する主制御処理部68のCPU64に入力される。 The
第1フォトセンサ54aで検出される約300nm〜約800nmの波長の光の強度、第2フォトセンサ54bで検出されるレーザ光Lと同波長の光の強度及び第3フォトセンサ54cで検出される赤外線領域の光強度は、レーザ光Lの被照射部Sに生じる溶融池Mの状態に応じて変化する物理量であり、これらの物理量は被照射部Sの溶融状態を示している。 The intensity of light having a wavelength of about 300 nm to about 800 nm detected by the first photosensor 54a, the intensity of light having the same wavelength as the laser light L detected by the
レーザヘッド52のケース52aには、レーザヘッド2の進行方向に対して後方側に突き出したブラケット52eが設けられており、ブラケット52eには、第1リニアアクチュエータ55が取り付けられている。第1リニアアクチュエータ55は、サーボモータとサーボモータの出力軸に形成されたボールねじとを有し、ボールねじの回転により、ブラケット52eに対して左右に直線移動する。第1リニアアクチュエータ55には、第2リニアアクチュエータ56が取り付けられている。第2リニアアクチュエータ56も第1リニアアクチュエータ55と同様のサーボモータ及びボールねじを有し、ボールねじの回転により、第1リニアアクチュエータ55に対して前後に直線移動する。第2リニアアクチュエータ56の端部56aには、下方に突き出したロッド56bが設けられている。第1及び第2リニアアクチュエータ55,56によってノズルアクチュエータ59が構成される。
The
ロッド56bの先端には、U字状のノズルブラケット56cが設けられている。ノズルブラケット56cには、ガス供給ノズル53を挟むようにして左右一対の側壁56d,56eが設けられ、各側壁56d,56eにはスリットSLが形成されている。一対のスリットSL内には、ガス供給ノズル53から水平方向に突き出ている一対のねじ部53a,53bが挿し込まれている。ねじ部53a,53bは、ガス供給ノズル53の後端53eの近傍に設けられると共に、ガス供給ノズル53の管軸線NSに対して直交して延在する。ねじ部53a,53bの先端部分には、各側壁56d,56eから突出した状態でナット53c,53dが螺合する。ガス供給ノズル53は、ナット53c,53dの締め付けにより、光軸LSに対して管軸線NSが傾いた状態でノズルブラケット55cに固定されている。
A U-shaped
ガス供給ノズル53の後端53e近傍の周壁には、アシストガスGを供給するためのホース53hが管継ぎ手部53gを介して固定されている。圧縮されたアシストガスGは、ホース53hを介してガス供給ノズル53内に供給され、ガス供給ノズル53の先端53fから、溶融池Mに向けて噴射される。
A
ガス供給ノズル53の後端53eには、CCDカメラ(撮像素子)57が固定されている。CCDカメラ57は、光量に応じて蓄積された電荷を、時系列に沿って順番に出力する電子結合素子を備えたカメラである。CCDカメラ57の視野は、ガス供給ノズル53の内部を通して認識される範囲であり、CCDカメラ57の光軸とガス供給ノズル53の管軸線NSとは一致している。CCDカメラ57は、1サンプリング周期ごとの2次元画像データを出力信号として出力する。この2次元画像データは、輝度が所定数の階調からなる複数行、複数列の出力画素数によって決定される。CCDカメラ57によって、管軸線NSと板材Wとの交点を含む所定範囲が撮像される。
A CCD camera (imaging device) 57 is fixed to the
さらに、CCDカメラ57のレンズには、NDフィルタ(図示省略)が取り付けられている。NDフィルタを取り付けることによって、高温になっている溶融池Mからの入射光量が抑えられ、CCDカメラ57は、溶融池Mの光の強度に関する情報を正確に撮像できる。
Further, the lens of the
ガス供給ノズル53は、ノズルアクチュエータ59によって前後左右に移動自在に支持されており、ノズルアクチュエータ59の駆動によって前後左右に平行移動する。ガス供給ノズル53は、レーザ光Lの被照射部Sを基準にした前後左右位置によっての初期位置が予め設定される。
The
レーザヘッド52は、溶接台13上の二枚の板材Wが重なる箇所における直線状の接合予定線SSに向けてレーザ光Lを照射し、マニピュレータ62の作動によって溶接台13上で直線的に移動する。このレーザヘッド2の移動に伴い、レーザ光Lの被照射部Sは、接合予定線SSに沿って走査される。レーザ光Lの被照射部Sには溶融池Mが生じ、被照射部Sが通過した後には、レーザ溶接部LJが形成される。
The
図3に示すように、レーザ溶接装置50は、バスを介して接続されたCPU64、ROM66及びRAM67等によって構成される主制御処理部68を有する。CPU64は、マニピュレータ62、レーザ発振部62b、第1及び第2リニアアクチュエータ55,56の各サーボモータ及びCCDカメラ57に有線もしくは無線によって信号送受信可能に接続されている。
As shown in FIG. 3 , the
CPU64は、レーザ溶接装置50全体の動作制御を行い、特に、レーザ光Lの照射強度及びレーザ走査速度を制御するレーザ走査制御部64aと、フォトセンサユニット4からの出力信号に基づいて溶接異常の有無を判断する溶接異常判断部64bとを備える。さらに、CPU64は、CCDカメラ57からの出力信号に基づいてガス供給ノズル53の管軸線NSと板材Wとの交点(以下「測定交点」という)X1を特定し、初期位置のガス供給ノズル53の管軸線NSと板材Wとの基準交点X2から測定交点X1までの交点変位を求める変位演算部64cと、交点変位を戻すようにガス供給ノズル53を平行移動させる駆動信号をノズルアクチュエータ59に出力するアクチュエータ制御部64dとを有する。なお、CPU64は、ガス供給ノズル53に供給されるアシストガスGの流路を開閉する制御弁(図示省略)及び操作部としてのタッチパネル69にも信号送受信可能に接続されている。
The
レーザ走査制御部64aは、レーザ発振部52bに対してレーザ光Lの照射強度を設定する照射強度設定信号及びレーザ光Lの照射開始と停止に関するON/OFF信号を出力し、さらに、マニピュレータ62に対してレーザ走査速度を設定する速度設定信号、レーザ走査開始信号及びレーザ走査停止信号を出力する。
The laser
溶接異常判断部64bは、アシストガスGに起因した溶接異常の有無を判断する。レーザ走査制御部64aからレーザ走査開始信号が出力されると、溶接異常判断部64bは、フォトセンサユニット4からの3種類の出力信号の取得を開始し、各出力信号の時間軸に対する波形パターンを生成し、かかる波形パターンから溶接異常の有無を判断する。
The welding
変位演算部64cは、CCDカメラ57からCPU64に入力された2次元画像データに係る出力信号に基づいて、ガス供給ノズル53の管軸線NSと板材Wとの測定交点X1(図11〜図13参照)を特定する。さらに、変位演算部64cは、初期位置のガス供給ノズル53の管軸線NSと板材Wとの基準交点X2と測定交点X1との概略距離d1及びズレた方向を交点変位として求める。さらに、変位演算部64cは、交点変位d1を戻すための前後左右方向への移動量d2及び移動方向を補正値として求める。なお、概略距離d1は、CCDカメラ57で撮像された2次元画像上の測定交点X1と基準交点X2との間の距離であり、移動量d2は、ガス供給ノズル53の傾きを考慮すると共に、概略距離d1を無くすためにガス供給ノズル53を前後左右方法に平行移動させる距離である。
The
アクチュエータ制御部64bは、ガス供給ノズル53を初期位置の状態に戻すために、変位演算部64cで求められた補正値に対応する駆動信号を出力し、ノズルアクチュエータ59に入力してガス供給ノズル53を平行移動させる。
The
(レーザ溶接方法)
第3実施形態に係るレーザ溶接装置50を用いたレーザ溶接方法は、第1実施形態に係るレーザ溶接装置1を用いたレーザ溶接方法に比べて、ノズル制御が異なる。以下の説明では、図3、図5、図10〜図13を参照し、ノズル制御を中心に説明する。
(Laser welding method)
The laser welding method using the
まず、作業者によるタッチパネル69の操作に応じた初期設定(S21)が行われる。初期設定では、ガス供給ノズル53の初期位置としての前後左右位置、レーザ光Lの強度及びレーザ走査速度に対応する初期設定信号がタッチパネル69から出力され、CPU64に入力される。CPU64のアクチュエータ制御部64bは、初期設定信号に基づいて、ノズルアクチュエータ59に初期駆動信号を出力する。すると、ノズルアクチュエータ59が作動し、ガス供給ノズル53を初期位置まで平行移動させ、初期位置でガス供給ノズル53を保持する(図10参照)。なお、アシストガスGは溶融池Mの温度が最も高い箇所に噴射されるのが好ましい。そして、溶融池Mの温度は、レーザ光Lの被照射部Sよりも若干後側で最も高くなる。したがって、初期位置のガス供給ノズル53の管軸線NSと板材Wとの基準交点X2は、被照射部Sよりも後側にずれた位置に設定される(図11参照)。
First, initial setting (S21) according to the operation of the
その後、アシストガスGの噴射、レーザ光Lの照射及びレーザ走査が開始され、ガス供給ノズル53の初期位置からのズレを補正するノズル制御(S4)が実行される。図14に示すように、レーザ溶接が行われている間、フォトセンサユニット64では溶融状態の検出が行われ(S21)、CPU64には、フォトセンサユニット64から光の強度に対応した出力信号が入力されている。CPU64の溶接異常判断部64bは、フォトセンサユニット64からの出力信号に基づいて、アシストガスGによる溶接異常の有無を判断する(S22)。
Thereafter, the injection of the assist gas G, the irradiation of the laser light L, and the laser scanning are started, and nozzle control (S4) for correcting the deviation of the
(溶接異常の有無の判断方法に係る第1の態様)(First aspect related to a method for determining whether there is a welding abnormality)
図6、及び図7を参照して溶接異常の有無の判断方法に係る第1の態様について説明する。図6は、第1フォトセンサ64a及び第3フォトセンサ64cからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。同図においては、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度となっている。図6に示す例では、プラズマとプルームとの光強度の波形パターンP1及び溶融池温度の波形パターンP2は、例えばデータ点100点毎の移動平均値をとることによってそれぞれスムージング処理が施されている。溶接異常判断部14bは、波形パターンP1,P2を監視し、プラズマとプルームとの光強度及び溶融池Mの温度がいずれも正常値の2倍を超えた場合に、アシストガスに起因した「溶接異常有り」と判断する。 With reference to FIG. 6 and FIG. 7, the 1st aspect which concerns on the determination method of the presence or absence of welding abnormality is demonstrated. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a waveform pattern of output signals from the
図7は、第2フォトセンサ64bからの出力信号の波形パターンの一例を示す図である。同図においては、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度となっている。図7に示す例では、反射光強度の波形パターンP3は、例えばデータ点50点毎の移動平均値をとることによってスムージング処理が施されている。波形パターンP3の閾値を定めるため、予め反射光強度の上限測定値の波形パターンP4及び下限測定値の波形パターンP5が測定されており、波形パターンP4の最小値及び波形パターンP5の最大値が、反射光強度の波形パターンP3の上限閾値L1及び下限閾値L2としてそれぞれ設定されている。波形パターンP3が上限閾値L1を超える場合、照射位置におけるレーザ光Lのロスが大きく、溶け込み量が不十分になっていることが考えられ、波形パターンP3が下限閾値L2を下回る場合、レーザ光Lのロスが小さすぎ、溶け込み量が過剰になっていることが考えられる。溶接異常判断部64bは、波形パターンP3を監視し、反射光強度が予め設定した下限閾値L2を下回った場合又は上限閾値L1を超えた場合に、アシストガスGに起因した「溶接異常有り」と判断する。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a waveform pattern of an output signal from the
(溶接異常の有無の判断方法に係る第2の態様)(Second aspect related to a method for determining whether or not there is a welding abnormality)
図8、及び図9を参照して溶接異常の有無の判断方法に係る第2の態様について説明する。図8は、プラズマ/プルームの光強度の基準波形パターンP10の一例を示す。図8では、横軸はレーザ走査の開始から終了までの時間を示し、縦軸は出力信号の強度を示している。基準波形パターンP10は、例えば、ガス供給ノズル53の噴射角度の変更制御を行うことなく、一定に保った状態で試行的なレーザ走査を行った結果、レーザ溶接が正常に完了した場合の出力信号に基づく波形パターンである。基準波形パターンP10に含まれる各出力値を標準偏差σに基づいて正規化し、標準偏差σを2倍することによって基準正規化値「+2σ」が求められる。溶接異常判断部14bは、溶接異常の有無の判断において基準正規化値「+2σ」を利用する。図9は、レーザ溶接中において、所定のサンプリング時間内に測定されたプラズマ/プルームの光強度の測定波形パターンP11と基準正規化値「+2σ」とをプロットした図である。図9では、横軸は時間、縦軸は出力信号の強度を示している。溶接異常判断部14bは、測定波形パターンP11が基準正規化値「+2σ」を超えた回数を積算し、積算回数が予め設定された所定回数(例えば3回)を超えている場合に、アシストガスに起因した溶接異常であると判断する。溶接異常判断部14bは定期的に測定波形パターンP11を取得して監視しており、図9に示すように、例えば、所定のサンプリング時間内における測定波形パターンP11の積算回数が4回となった場合には「溶接異常有り」と判断する。 With reference to FIG. 8 and FIG. 9, a second mode relating to a method for determining whether or not there is a welding abnormality will be described. FIG. 8 shows an example of the reference waveform pattern P10 of the light intensity of plasma / plume. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the time from the start to the end of laser scanning, and the vertical axis indicates the intensity of the output signal. The reference waveform pattern P10 is, for example, an output signal when laser welding is normally completed as a result of performing trial laser scanning in a state of being kept constant without performing control to change the injection angle of the
変位演算部64cは、溶接異常判断部64bにおいて「溶接異常有り」と判断された場合にのみ、測定交点X1を特定(S23)し、溶融池の温度が最も高い箇所となる初期位置のガス供給ノズル53の基準交点X2から測定交点X1までの交点変位を演算する(S24)。変位演算部64cは、CCDカメラ57からCPU64に入力された出力信号に基づいて基準交点X2と測定交点X1との間の概略距離d1(図11〜図13参照)及びズレた方向を交点変位として求める。さらに、変位演算部64cは、交点変位を戻すための移動量d2及び移動方向を補正値として求める。
The
アクチュエータ制御部64dは、変位演算部64cによって補正値が求められると、ガス供給ノズル53を初期位置の状態に戻すために、補正値に対応した駆動信号を出力し、ノズルアクチュエータ59に入力する。ノズルアクチュエータ59は、駆動信号に基づいて駆動し、ガス供給ノズル53を平行移動させて初期位置の状態に戻す。その結果として、アシストガスGに起因した溶接異常が解消される。
When the correction value is obtained by the
レーザ溶接装置50によれば、被照射部Sの溶融状態を示す物理量の変化に基づいて、アシストガスGに起因した溶接異常の有無が判断される。そして、レーザ溶接装置50は、「溶接異常有り」と判断する場合にのみ、ガス供給ノズル53を予め設定された初期位置の状態に戻し、「溶接異常有り」と判断しない場合には、ガス供給ノズル53が初期位置の状態からズレていたとしても初期位置の状態には戻さない。その結果として、フィードバック制御によって初期位置からの偏差を無くすようにガス供給ノズルを移動させる従来のレーザ溶接装置に比較して発散系の制御になり難く、ガス供給ノズル53を振動し難くする。したがって、ガス供給ノズル53の位置ズレを確実に防止しつつ、アシストガスGによる溶接異常を起き難くする。
According to the
さらに、被照射部Sを基準にした前後左右位置によってガス供給ノズル53の初期位置を設定でき、レーザ光Lの走査に伴ってガス供給ノズル53が初期位置の状態から前後または左右にズレた場合、前後左右の動作によってガス供給ノズル53を初期位置の状態に戻すような制御が行われる。
Furthermore, the initial position of the
さらに、ガス供給ノズル53の管軸線NSと板材Wとの交点は、板材W上において実際にアシストガスGが噴射される位置である。そして、溶接異常と判断されたときにのみ、このレーザ溶接装置50では、基準交点X2に向けてアシストガスGが噴射される状態にガス供給ノズル53が戻り、溶接異常が解消する。
Furthermore, the intersection of the tube axis NS of the
本発明は、上記の各実施形態に限定されず、例えば、溶接用熱源として半導体レーザ、CO2レーザ等を用いても良い。また、溶接状態検出部としてのフォトセンサは、レーザ光の照射によって被溶接体の表面で発生するプラズマとプルームとの光強度を検出するフォトセンサ、板材の表面で反射するレーザ光の光強度を検出するフォトセンサ及びレーザ光の照射によって生じる溶融池の温度を検出するフォトセンサのいずれか二つを組み合わせて利用したり、単独で利用したりしてもよい。さらに、ガス供給ノズルの噴射角度の変更と前後左右方向への平行移動との両方の移動を可能にし、アシストガスに起因した溶接異常が有る場合に、ガス供給ノズルの噴射角度の変更と前後左右方向への平行移動とを行って初期位置に戻すような制御を行ってもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments, and for example, a semiconductor laser, a CO2 laser, or the like may be used as a heat source for welding. In addition, the photo sensor as the welding state detection unit is a photo sensor that detects the light intensity of plasma and plume generated on the surface of the welded body by laser light irradiation, and the light intensity of the laser light reflected on the surface of the plate material. Any two of the photosensor for detecting and the photosensor for detecting the temperature of the molten pool generated by the irradiation of the laser beam may be used in combination, or may be used alone. Furthermore, it is possible to change both the injection angle of the gas supply nozzle and the parallel movement in the front / rear / left / right direction. When there is a welding abnormality due to the assist gas, the change of the injection angle of the gas supply nozzle and the front / rear left / right Control may be performed so as to return to the initial position by performing parallel movement in the direction.
50…レーザ溶接装置、52…レーザヘッド、53…ガス供給ノズル、54a…第1のフォトセンサ(溶接状態検出部)、54b…第2のフォトセンサ(溶接状態検出部)、54c…第3のフォトセンサ(溶接状態検出部)、59…ノズルアクチュエータ、64b…溶接異常判断部、64c…変位演算部、64d…アクチュエータ制御部、57…CCDカメラ(撮像素子)、NS…ガス供給ノズルの管軸線、X1…測定交点、X2…基準交点、C…回転軸線、L…レーザ光、S…被照射部、G…アシストガス。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ガス供給ノズルを可動させるノズルアクチュエータと、
前記被照射部の溶融状態を示すプラズマとプルームとの光強度、表面で反射するレーザ光の光強度、及び溶融池の温度の少なくとも一つの変化を検出する溶接状態検出部と、
前記溶接状態検出部からの出力信号に基づいて、前記アシストガスに起因した溶接異常の有無を判断する溶接異常判断部と、
前記溶接異常判断部によって溶接異常有りと判断されたときにのみ、前記ガス供給ノズルを、予め溶融池の温度が最も高い箇所となるように設定された初期位置の状態に戻すように前記ノズルアクチュエータに駆動信号を出力するアクチュエータ制御部とを備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。 In a laser welding apparatus comprising: a laser head for irradiating a body to be welded with a laser beam; and a gas supply nozzle for injecting an assist gas obliquely toward the irradiated portion of the laser light.
A nozzle actuator for moving the gas supply nozzle;
A welding state detection unit that detects at least one change in the light intensity of plasma and plume indicating the molten state of the irradiated part, the light intensity of laser light reflected on the surface, and the temperature of the molten pool ;
Based on an output signal from the welding state detection unit, a welding abnormality determination unit that determines whether there is a welding abnormality caused by the assist gas;
Only when it is determined by the welding abnormality determining section that there is a welding abnormality, the nozzle actuator is configured to return the gas supply nozzle to the initial position set in advance so that the temperature of the molten pool is the highest. And an actuator control unit for outputting a drive signal.
前記初期位置の前記ガス供給ノズルの前記管軸線と前記被溶接体との基準交点から前記撮像素子によって撮像された前記交点までの変位を求める変位演算部と、を更に備え、
前記ノズルアクチュエータは、前記ガス供給ノズルを前後左右に移動自在に支持すると共に、前記ガス供給ノズルを平行移動させ、
前記アクチュエータ制御部は、前記初期位置の状態に戻すために、前記変位演算部によって求められた前記変位を戻す補正量だけ前記ガス供給ノズルを平行移動させる前記駆動信号を出力することを特徴とする請求項2記載のレーザ溶接装置。 An image sensor for imaging an intersection of the tube axis of the gas supply nozzle and the welded body;
A displacement calculation unit for obtaining a displacement from a reference intersection between the tube axis of the gas supply nozzle at the initial position and the body to be welded to the intersection imaged by the imaging device;
The nozzle actuator supports the gas supply nozzle movably back and forth and left and right, and translates the gas supply nozzle,
The actuator control unit outputs the drive signal for translating the gas supply nozzle by a correction amount for returning the displacement obtained by the displacement calculation unit in order to return to the initial position state. The laser welding apparatus according to claim 2 .
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