JP5187121B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents
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本発明は、レーザ加工中の加工状態を検出して良否判定するモニタリング技術に関するものである。 The present invention relates to a monitoring technique that determines a quality by detecting a machining state during laser machining.
レーザ光をワークに照射して加工するレーザ加工技術には、その加工状態をインライン計測するモニタリング技術がある。その一つに、加工時にワークの加工点から発生する反射光やプラズマ光の光強度を計測するものがある(例えば、特許文献1参照。)。 Laser processing technology that irradiates a workpiece with laser light includes a monitoring technology that measures the processing state in-line. One of them is to measure the light intensity of reflected light or plasma light generated from a workpiece processing point during processing (see, for example, Patent Document 1).
図8は、特許文献1のレーザ加工用モニタリング装置の概略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram of the laser processing monitoring apparatus disclosed in
図8において、レーザ溶接機本体1からのレーザ光は、レーザ照射ユニット2のユニット本体3を介してワーク4に照射される。そして、ワーク4の加工点からの反射光の光強度を反射光検出器5で検出することで、加工状態の異常を判定する。また、それにあわせ、レーザ溶接機本体1からのレーザ光の漏れ光をレーザ光検出器6で検出することで、レーザ照射ユニット2内の光路状態の良否を判定する。
しかしながら、前記従来の構成では光検出器を複数必要とするため、光学部品も多くなり、その構成が複雑になるという課題を有している。 However, since the conventional configuration requires a plurality of photodetectors, the number of optical components increases, and the configuration is complicated.
本発明は、前記従来の課題を解決するためのものであり、光学部品が少なく、機構がシンプルなモニタリング機能付きレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a laser processing apparatus with a monitoring function and a laser processing method with a small number of optical components and a simple mechanism.
上記目的を達成するための本発明のレーザ加工装置は、レーザ出射部と、前記レーザ出射部の光軸上に配置された検出部と、前記レーザ出射部と前記検出部との間に配置されたハーフミラーと、前記ハーフミラーからの光を集光させる光学系と、前記レーザ出射部と前記検出部と前記ハーフミラーと前記光学系とを保持する筐体と、前記検出部にて検出した、被加工物からの反射光が前記レーザ照射ユニット内壁面で反射した、光に基いて前記被加工物の加工状態を判定する計測装置と、を備え、前記検出部の検出面に可視光カットフィルタを設け、前記筐体の内壁面が黒アルマイト処理されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser processing apparatus of the present invention is arranged between a laser emitting unit, a detecting unit arranged on an optical axis of the laser emitting unit, and the laser emitting unit and the detecting unit. A half mirror, an optical system for condensing light from the half mirror, a housing for holding the laser emitting unit, the detection unit, the half mirror, and the optical system, and detection by the detection unit A reflected light from the workpiece reflected by the inner wall surface of the laser irradiation unit, and a measuring device for determining the machining state of the workpiece based on the light, and cutting the visible light on the detection surface of the detection unit A filter is provided , and the inner wall surface of the housing is black anodized .
以上のように、本発明のレーザ加工装置およびレーザ加工方法によれば、光学部品が少なく、機構がシンプルなモニタリング機能付きレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することができる。 As described above, according to the laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention, it is possible to provide a laser processing apparatus with a monitoring function and a laser processing method with a small number of optical components and a simple mechanism.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一構成については同一符号を付して、説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1のレーザ加工装置の概略図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to
図1において、本実施の形態のレーザ加工装置7は、レーザ光を発振生成するレーザ発振器8と、所望の加工位置に設置されるレーザトーチ9(レーザ照射ユニット)と、レーザ発振器8とレーザトーチ9を光学的に結ぶ光ファイバ10と、レーザトーチ9で検出され出力された電気信号を信号処理して加工状態の良否を判定する計測装置11と、レーザ加工装置7全体を制御するコントローラ12とから構成される。そして、このレーザトーチ9からのレーザ光をワーク13(被加工物)の加工点14に照射して加工を行い、その加工状態の良否をモニタリングして判定するものである。
In FIG. 1, a
レーザ加工装置7の各構成要素について、詳しく説明する。
Each component of the
レーザ発振器8は、コントローラ12の制御に基づいてレーザ光を発振生成するものである。本実施の形態でのレーザ発振器8は、パルス発振された波長1064nmのYAGレーザを発振生成する。
The
レーザトーチ9は、光ファイバ10からのレーザ光を拡散レーザ光として出射するレーザ出射部15と、レーザ出射部15からのレーザ光をワーク13の加工点14に向けて反射するハーフミラー16と、ハーフミラー16で反射したレーザ光を平行光にするレンズ17と、レンズ17からの平行光を集光させて加工点14に照射するレンズ18と、入射した光の光強度を計測して電気信号として出力する検出部19と、レーザ出射部15とハーフミラー16とレンズ17と検出部19とを保持する筐体20と、レンズ18(とレンズ17)を保持する照射部筐体21とから構成される。そして、検出部19の検出面には、検出部19に入射する光の光強度を弱める性質を有する減光フィルタ22と、検出部19に入射する光のうちの可視光(可視の波長の光)をカットする性質を有する可視光カットフィルタ23とが設けられている。本実施の形態では、レーザ出射部15からのレーザ光が可視光以外の波長を有するものとしているため、この可視光カットフィルタ23はレーザ出射光と同じ波長の光を透過する性質を有する。
The laser torch 9 includes a
計測装置11は、レーザ加工時に検出部19からの電気信号を数値データとして取り込む機能を有し、取り込んだ電気信号の時系列データとレーザ正常加工時のデータとを比較して、加工状態の良否を判定する機能を有するものである。判定方法の詳細については、後述する。また、計測装置11は、加工状態の良否の判定の他に、取り込んだ電気信号の時系列データに基づいて、設備状態(レーザトーチ9の光路状態)の良否判定も行う。この計測装置11は、レーザ正常加工時のデータを記録する機能も有する。
The
コントローラ12は、レーザ発振器8のレーザ出力を制御するためのものである。具体的な制御方法としては、計測装置11から受信した信号を基にレーザ出力を制御するものである。このコントローラ12は、計測装置11から加工状態NG(否)となる信号を受信した場合に、レーザ発振器8の出力を止める機能を有する。
The
ワーク13は、光を反射する性質を有する複数枚の板状材料を重ねたものである。本実施の形態では、1mm厚のSUS板2枚を重ねたものを用いている。
The
加工点14は、ワーク13の所定の領域であり、レーザ光が照射されて物理特性が変性する部位である。
The
ハーフミラー16は、レーザ出射部15からのレーザ光を加工点14に反射する一方、加工点14で反射した反射光を透過させる性質を有する。
The
レンズ17,18は、ハーフミラー16で反射したレーザ光が、レンズ17で平行光にされた後にレンズ18で加工点14に集光するように配置された光学系である。また、この光学系は、本実施の形態においては、加工点14から反射したレーザ光をレンズ18で平行光にした後にレンズ17で集光させる機能も有する。
The
検出部19は、入射した光の光強度を電気変換して電気信号にするものである。本実施の形態では、ワーク13からの反射光を検出して加工状態を検出し、あわせて、レーザ出射部15からのレーザ光の漏れ光を検出して設備状態(レーザトーチ9の光路状態)を検出するために用いている。本実施の形態では、ワーク13からの反射光の散乱光を検出するため、この検出部19は、ワーク13からの反射光の光軸上に配置しないことが望ましい。ワーク13からの反射光の検出は、筐体20の内壁面での乱反射光(散乱光)を検出することで行っているが、詳しくは後述する。
The
筐体20は、レーザ光の乱反射を弱めるために、その内壁面に黒アルマイト(アルミニウムの陽極酸化)の処理を行ったものである。この黒アルマイト処理を行うことにより、内壁面の耐食性を向上させると共に、反射させることでワーク13からの反射光を検出部19に導くことができる。
The
この内壁面については、反射率が高いと筐体20内で光の強い乱反射が発生してしまい、従来の構成のような装置では光を吸収してしまう。そのため、本実施の形態のように、適当な強さでの反射光(散乱光)を発生させるための条件を、発明者は種々検討し、黒アルマイト処理を行った場合が望ましいことをつきとめた。この黒アルマイト処理を行った内壁面を反射面として用いることで、レーザ光の乱反射時の光強度を適当な強さに弱めることが可能となる。ただし、レーザ光の乱反射光を用いてモニタリングするため、光を完全に吸収する黒アルマイト処理は行わないことが必要である。
As for the inner wall surface, if the reflectance is high, strong irregular reflection of light occurs in the
続いて、図1の計測装置11の詳細について、ブロック図を用いて説明する。
Next, details of the
図2は、実施の形態1の計測装置11のブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of the
図2において、検出部19からの電気信号は、計測装置11の計測演算部24に取り込まれ、光強度測定値の時系列データとして記憶される。そして、基準波形記憶部25に記憶された正常加工時の光強度測定値の時系列データを読み出して、測定した時系列データとの比較を比較部26で行う。
In FIG. 2, the electrical signal from the
この比較方法について詳しく説明する。まず、比較するに際して、比較するための条件について設定しておく必要がある。そこで、比較するためのモニタ区間(時間区間)を、モニタ区間設定部27に記憶させておく。また、比較する基準や閾値や条件等の比較方法については、比較方法設定部28に記憶させておく。そして、これらモニタ区間設定部27と比較方法設定部28から読み出したモニタ区間と比較方法とを用いて、測定した時系列データと正常加工時の時系列データとの比較を比較部26で行う。
This comparison method will be described in detail. First, when comparing, it is necessary to set conditions for comparison. Therefore, the monitor section (time section) for comparison is stored in the monitor
そして、比較部26での比較結果に基づいて、加工状態判定部29において、加工状態の良否の判定を行う。そして、加工状態判定部29での良否判定に基づいて適宜調整を行って、レーザ照射を行う。ここで、加工状態OK(良)の場合は、そのままの条件でワーク13にレーザを照射する。また、加工状態NG(否)の場合は、制御部30において、コントローラ12でレーザ照射条件を変えるための通知信号を作成し、計測装置11からコントローラ12へ信号を送信することで、レーザ照射条件を変えてレーザを照射する。
Then, based on the comparison result in the
続いて、図1に示すレーザ加工装置を用いたモニタリング方法について説明する。 Next, a monitoring method using the laser processing apparatus shown in FIG. 1 will be described.
図3は、実施の形態1のレーザ加工モニタリング方法のフローを示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a flow of the laser processing monitoring method according to the first embodiment.
先ず、レーザ発振器8から光ファイバ10を介してレーザ出射部15より出射されたレーザ光を、ハーフミラー16で反射させ、レンズ17で平行光にし、レンズ18で集光させて、ワーク13の加工点14にレーザ照射する(ステップS1)。
First, the laser light emitted from the
続いて、ワーク13で反射した反射光がレンズ18,17,ハーフミラー16を順に透過した後に筐体20の黒アルマイト処理された内壁面で乱反射した散乱光と、レーザ出射部15からハーフミラー16を透過したレーザ出射光との混在光を、検出部19で検出する(ステップS2)。
Subsequently, the reflected light reflected by the
続いて、A/D変換ボード(図示せず)を用いて、ステップS2で検出した信号のA/D変換を行う(ステップS3)。 Subsequently, A / D conversion of the signal detected in step S2 is performed using an A / D conversion board (not shown) (step S3).
続いて、計測装置11の比較部26において、前述の比較方法で測定された波形と正常加工時の波形との比較を行う(ステップS4)。
Subsequently, the
続いて、計測装置11の加工状態判定部29において加工状態の良否(OK/NG)を判定する(ステップS5)。
Subsequently, the processing
続いて、ステップS5にて加工状態OK(良)の場合は、そのままの条件でレーザ照射できるので、ステップS1に戻って再度レーザ照射を行う。 Subsequently, if the machining state is OK (good) in step S5, laser irradiation can be performed under the same conditions, so the process returns to step S1 and laser irradiation is performed again.
また、ステップS5にて加工状態NG(否)の場合は、レーザ照射条件を変える必要があるため、計測装置11からコントローラ12に加工状態を通知し、コントローラ12でレーザ照射条件を変更する(ステップS6)。
In the case of the processing state NG (No) in step S5, the laser irradiation condition needs to be changed. Therefore, the processing state is notified from the measuring
続いて、ステップS6で条件を変更した後に、ステップS1に戻ってレーザ照射を行う。 Subsequently, after changing the conditions in step S6, the process returns to step S1 to perform laser irradiation.
これらのステップを繰り返すことで、レーザ加工状態をモニタリングしながら、レーザ照射を行う。ここで、レーザ照射(ステップS1)を複数回行っているのは、具体的な加工内容を溶接だとし、複数回のレーザ照射によりワークの溶接を行うためである。 By repeating these steps, laser irradiation is performed while monitoring the laser processing state. Here, the reason why the laser irradiation (step S1) is performed a plurality of times is that welding is performed by a plurality of times of laser irradiation, assuming that the specific processing content is welding.
(実施の形態2)
本実施の形態は、実施の形態1で説明したレーザ加工装置を用いて、加工(溶接)プロセスの要因分析を行い、アルゴリズムを定義して自動分析を行うためのものである。装置,方法については、実施の形態1と同様のものを用いるため、説明を省略する。
(Embodiment 2)
The present embodiment is for performing a factor analysis of a machining (welding) process using the laser processing apparatus described in the first embodiment, defining an algorithm, and performing an automatic analysis. About the apparatus and method, since the thing similar to
図4は、実施の形態2のレーザトーチ9付近の拡大図である。なお、図4においては、加工プロセスの阻害要因について、A1,A2,B1,B2,Cの3種類5項目を定義し、それぞれの発生箇所を図中に追記している。以下、それぞれの阻害要因について説明する。 FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the laser torch 9 of the second embodiment. In FIG. 4, three types of five items A1, A2, B1, B2, and C are defined as the obstruction factors of the machining process, and each occurrence location is added to the drawing. Hereinafter, each inhibition factor will be described.
光ファイバ10が劣化している場合(図4のA1)と、レンズ17,18や保護ガラス(図示せず)に異物や汚れが付着している場合(図4のA2)には、レーザ光路においてレーザ光の散乱が起こる(これらを要因Aとする。)。
When the
光ファイバ10が抜けてしまっている(接続が外れている)場合(図4のB1)と、ワーク13の高さや位置がずれている場合(図4のB2)には、レーザ集光系(検出部19等)での集光ズレが起こる(これらを要因Bとする。)。
When the
ワーク表面に異物や汚れが付着している場合は、検出結果にノイズが発生する(これを要因Cとする。)。 When foreign matter or dirt adheres to the workpiece surface, noise is generated in the detection result (this is assumed as factor C).
これらの阻害要因を分けて考えるために、本実施の形態では、実施の形態1の装置を用いて、ワーク13表面やレーザトーチ9内で発生した散乱光を検出部19(光センサ)で捉え、その波形強度を細かく分析した。これにより、加工(溶接)プロセスの阻害要因を検出し、加工不良を検査することが可能となる。
In order to consider these obstruction factors separately, in the present embodiment, using the apparatus of the first embodiment, the scattered light generated on the surface of the
本実施の形態においては、検出部19で捉えた散乱光の光強度と、レーザ出射部15に設置されているパワーメータ(図示せず)の値を、A/D変換ボードで、サンプリングレート50,000点/秒(サンプリング間隔20μ秒)で、分解能32,768階調(16ビット)のデータで取り込んだ場合を検討する。
In the present embodiment, the light intensity of the scattered light captured by the
本実施の形態では、上述の条件で、要因A,B,Cの阻害要因が発生した場合の散乱光波形の特徴を分析した。 In the present embodiment, the characteristics of the scattered light waveform are analyzed when the factors A, B, and C are inhibited under the above-described conditions.
図5(a)は、実施の形態2のレーザ発振器8から出力されるレーザ光の光強度を示す図であり、図5(b)は、実施の形態2のワーク13からの反射光による正常時の散乱光強度を示す図である。図5(a),(b)においては、縦軸が光強度を示し、横軸が時間を示す。
FIG. 5A is a diagram illustrating the light intensity of the laser beam output from the
図5(a)に示すように、本実施の形態においては、レーザ発振器8からのレーザ光の光強度は、比較的シンプルな波形となっている。図5(a)に示すように、最初に大きなパワーを投入してワーク13の金属を溶かした後は、スパッタを抑制するために、時間と共に強度が減少する三角波形となっている。この波形は、加工(溶接)対象の特長により、強度や時間を適切に決める必要があり、場合によっては波形の形状そのものを変えることも必要である。本実施の形態では、このような波形のスポット溶接を複数回重ねて打つことで、溶接を行う。
As shown in FIG. 5A, in the present embodiment, the light intensity of the laser light from the
図5(b)の領域Dは、レーザ光がワークの金属表面に照射された時、金属が溶融するまではレーザ光の反射率が大きいために生じている現象である。このような特徴は、複数回のレーザ照射の中で1回目の照射時にのみ見られる特徴であり、加工(溶接)不良を見極めるうえで重要な特徴となる。 Region D in FIG. 5B is a phenomenon that occurs because the reflectance of the laser beam is high until the metal is melted when the metal surface of the workpiece is irradiated with the laser beam. Such a feature is a feature that can be seen only during the first irradiation among a plurality of times of laser irradiation, and is an important feature in determining a processing (welding) defect.
発明者は、正常波形に対して、上述の要因A,B,Cの変動要因が加わった場合の波形変化の状況を、実験により確認した。この状況について説明する。 The inventor confirmed by experiments the state of waveform change when the above-described factors A, B, and C were added to the normal waveform. This situation will be described.
図6(a)は、実施の形態2における要因Aによる波形変化を示す図であり、図6(b)は、実施の形態2における要因Bによる波形変化を示す図であり、図6(c)は、実施の形態2における要因Cによる波形変化を示す図である。図6(a)〜(c)においては、縦軸が光強度を示し、横軸が時間を示す。 FIG. 6A is a diagram showing a waveform change due to the factor A in the second embodiment, and FIG. 6B is a diagram showing a waveform change due to the factor B in the second embodiment, and FIG. ) Is a diagram showing a waveform change due to the factor C in the second embodiment. 6A to 6C, the vertical axis represents the light intensity, and the horizontal axis represents the time.
図6(a)は、要因Aによる波形変化を示すものだが、これは二つの場合に分けられる。一つ目の場合は、レーザ光路に存在する異物、保護ガラスの汚れ等によりレーザ光が散乱され散乱光強度が増加する場合である。二つ目の場合は、光ファイバの劣化によりレーザトーチに入るレーザ光強度が減少することにより散乱光も減少する場合である。これらは、いずれの場合も、正常時の波形の形を保ったまま大きさが変化するのが特徴である。 FIG. 6A shows the waveform change due to the factor A, which is divided into two cases. In the first case, the scattered light intensity is increased by scattering the laser beam due to foreign matters existing in the laser beam path, dirt on the protective glass, or the like. The second case is a case where the scattered light also decreases due to a decrease in the intensity of the laser beam entering the laser torch due to the deterioration of the optical fiber. These are characterized in that the size changes in any case while maintaining the shape of the waveform at the normal time.
図6(b)は、要因Bによる波形変化を示すものである。レーザ光が加工点に集光されていないことにより、散乱光のピーク点の形状が変化する。それにより、時間的な遅れ(横軸上のズレ)、光強度の減少(縦軸上の減少)、波形形状の変形が見られることが特徴である。 FIG. 6B shows a waveform change due to factor B. FIG. Since the laser beam is not focused on the processing point, the shape of the peak point of the scattered light changes. As a result, a time delay (deviation on the horizontal axis), a decrease in light intensity (decrease on the vertical axis), and deformation of the waveform shape are observed.
図6(c)は、要因Cによる波形変化を示すものである。レーザ光がワーク表面の異物に吸収されるため、初期のピークは減少するが、その後の散乱光は大きくなるという特徴を示す。本実施の形態における実験では、異物がレーザ光を吸収したためにピーク時の散乱光強度が減少しているが、付着した異物の特性によっては同様の結果にならないことも考えられるので、付着した異物の材質等を分析し、それに基づく特性を調べておくことで、より分析の精度が向上すると考えられる。 FIG. 6C shows a waveform change due to the factor C. FIG. Since the laser beam is absorbed by the foreign matter on the workpiece surface, the initial peak decreases, but the scattered light thereafter increases. In the experiment in the present embodiment, the scattered light intensity at the peak is reduced because the foreign matter absorbed the laser beam. However, the same result may not be obtained depending on the characteristics of the attached foreign matter. It is considered that the accuracy of analysis is further improved by analyzing the materials and the like and examining the characteristics based on them.
発明者は、図6(a)〜(c)で得られた実験結果を基に、加工(溶接)不良の要因の分類を行った。この結果を図7(a),(b)にまとめる。 The inventor classified the factors of processing (welding) defects based on the experimental results obtained in FIGS. The results are summarized in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
図7(a)は、レーザ加工モニタリングの第1のアルゴリズムを説明する図であり、図7(b)は、レーザ加工モニタリングの第2のアルゴリズムを説明する図である。 FIG. 7A is a diagram for explaining a first algorithm for laser processing monitoring, and FIG. 7B is a diagram for explaining a second algorithm for laser processing monitoring.
ここで、レーザ加工モニタリングは、散乱光波形の評価のためのアルゴリズムであり、その基本的な考え方は、実施の形態1にて説明したように、正常時の波形(基準波形)との比較により評価するものである。所定の閾値や、基準波形を中心に設定された許容範囲を外れた部分の面積(光強度×時間)の大きさを評価して、あらかじめ決定した条件を超える場合を加工(溶接)不良として検出するものである。 Here, the laser processing monitoring is an algorithm for evaluating the scattered light waveform, and its basic idea is based on comparison with a normal waveform (reference waveform) as described in the first embodiment. It is something to evaluate. Evaluate the size of the area (light intensity x time) outside the allowable range set around the predetermined threshold or the reference waveform, and detect a case where a predetermined condition is exceeded as a processing (welding) defect To do.
図7(a)は、評価アルゴリズムの基本的な処理基準を示すものである。ここでは、図7(a)に示すように、波形全体を3種類のエリアに分割して考える。ピーク検出エリアでは、ピークの高さを基準波形と比較する。波形比較エリアでは、許容範囲から外れた部分の面積を計測して、面積の大きさで良否の判定を行う。本実施の形態においては、無効エリアは、阻害要因による影響が少ないために判定に用いない。ピーク高さと面積の比較により、前述の要因A,Cにより発生する加工不良を検出することができる。この基準を用いることで、第1のアルゴリズムを構築する。これら3つのエリアの分割基準や、基準波形については、ワークやレーザの種類によって異なるものとなるため、それらに応じて適宜決定される。なお、本実施の形態では、波形全体を3種類のエリアに分割して考えたが、これらエリアは、3種類以外の種類のエリアに分割することも可能であるし、複数のエリアが重なっている状態を用いても良い。これらは、測定対象物や判定基準によっては適宜決定される必要がある。 FIG. 7A shows a basic processing standard of the evaluation algorithm. Here, as shown in FIG. 7A, the entire waveform is divided into three types of areas. In the peak detection area, the peak height is compared with the reference waveform. In the waveform comparison area, the area outside the allowable range is measured, and the quality is determined based on the size of the area. In the present embodiment, the invalid area is not used for the determination because the influence of the obstruction factor is small. By comparing the peak height with the area, it is possible to detect a processing defect caused by the above-described factors A and C. By using this criterion, the first algorithm is constructed. Since the division criteria and reference waveforms of these three areas differ depending on the type of workpiece and laser, they are appropriately determined according to them. In the present embodiment, the entire waveform is divided into three types of areas. However, these areas can be divided into other types of areas, and a plurality of areas overlap. You may use the state. These need to be appropriately determined depending on the measurement object and the determination criteria.
図7(b)は、図5(b)の領域Dのように、特徴的な部分に注目して、ピーク位置の波形形状や時間的な遅れを検出するアルゴリズムである。ワークの加工点に集光させる際に、レーザ光の焦点が合っていない時に散乱光のピークが時間的に遅れることを利用して加工不良を検出する。これにより、要因Bにより発生する加工不良を検出することができる。この基準を用いることで、第2のアルゴリズムを構築する。 FIG. 7B is an algorithm for detecting the waveform shape of the peak position and the time delay by paying attention to the characteristic part as in the region D of FIG. 5B. When the laser beam is focused on the processing point of the workpiece, the processing defect is detected by utilizing the fact that the peak of the scattered light is delayed in time when the laser beam is not focused. Thereby, it is possible to detect a machining defect caused by the factor B. By using this criterion, the second algorithm is constructed.
これらのアルゴリズムを組み合わせて用いることで、自動分析(自動モニタリング)が可能になる。 By using these algorithms in combination, automatic analysis (automatic monitoring) becomes possible.
なお、基準波形の作成においては、正常な波形も、ある範囲の中で変動している。そのため、モニタリング装置に、ワークの通常加工時に波形を収集,蓄積し、所定回数の波形データの平均値を基準波形と分散値から許容範囲を算出する機能を持たせることが望ましい。これにより、比較的容易に基準波形と許容範囲を算出することが可能となる。 Note that in the creation of the reference waveform, the normal waveform also fluctuates within a certain range. Therefore, it is desirable for the monitoring device to have a function of collecting and accumulating waveforms during normal machining of the workpiece and calculating an allowable range from the reference waveform and the dispersion value for the average value of the waveform data for a predetermined number of times. As a result, the reference waveform and the allowable range can be calculated relatively easily.
本発明を用いることで、シンプルな構成のレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供できるため、インラインでのレーザ加工状態の検査の用途にも適用できる。 By using the present invention, it is possible to provide a laser processing apparatus and a laser processing method with a simple configuration, and therefore, the present invention can be applied to in-line laser processing state inspection.
1 レーザ溶接機本体
2 レーザ照射ユニット
3 ユニット本体
4 ワーク
5 反射光検出器
6 レーザ光検出器
7 レーザ加工装置
8 レーザ発振器
9 レーザトーチ
10 光ファイバ
11 計測装置
12 コントローラ
13 ワーク
14 加工点
15 レーザ出射部
16 ハーフミラー
17、18 レンズ
19 検出部
20 筐体
21 照射部筐体
22 減光フィルタ
23 可視光カットフィルタ
24 計測演算部
25 基準波形記憶部
26 比較部
27 モニタ区間設定部
28 比較方法設定部
29 加工状態判定部
30 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記レーザ出射部の光軸上に配置された検出部と、
前記レーザ出射部と前記検出部との間に配置されたハーフミラーと、
前記ハーフミラーからの光を集光させる光学系と、
前記レーザ出射部と前記検出部と前記ハーフミラーと前記光学系とを保持する筐体と、
前記検出部にて検出した、被加工物からの反射光が前記レーザ照射ユニット内壁面で反射した、光に基いて前記被加工物の加工状態を判定する計測装置と、を備え、
前記検出部の検出面に可視光カットフィルタを設け、前記筐体の内壁面が黒アルマイト処理されていること
を特徴とするレーザ加工装置。 A laser emitting part;
A detection unit disposed on the optical axis of the laser emission unit;
A half mirror disposed between the laser emitting unit and the detecting unit;
An optical system for condensing the light from the half mirror;
A housing for holding the laser emitting unit, the detecting unit, the half mirror, and the optical system;
The reflected light from the workpiece detected by the detection unit is reflected by the inner wall surface of the laser irradiation unit, and includes a measuring device that determines the processing state of the workpiece based on the light ,
A laser processing apparatus , wherein a visible light cut filter is provided on a detection surface of the detection unit, and an inner wall surface of the housing is black anodized .
を特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。 The determination of the machining state in the measuring device is performed by determining a peak detection area and a waveform comparison area according to the detection time of the light reflected from the workpiece detected by the detection unit and reflected from the inner wall surface of the laser irradiation unit. and it classifies the detected result to the three areas of the disabled area, the laser processing apparatus according to claim 1, wherein the benzalkonium be determined in criterion corresponding to the respective areas.
を特徴とする請求項1から2のいずれかに記載のレーザ加工装置。 The determination of the machining state by the measuring device is performed by comparing the detection result of the light reflected from the workpiece and detected by the detection unit with the reference waveform with the reference waveform. position or based on the area due to the deviation between the reference waveform, the laser machining apparatus according to any one of claims 1 to 2, wherein the benzalkonium be determined by classifying the cause.
を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a neutral density filter on the detection surface of the detector.
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