JP5504679B2 - レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ照射部に保護ガラスを備えたレーザ溶接装置、及び該レーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法に関するものである。

レーザ溶接装置は、レーザ光線を被溶接物に集束させる集光レンズ及び該集光レンズを保護する為の保護ガラスを有し、被溶接物を溶接する際に飛散るスパッタが前記集光レンズに付着することを防止する構造を有している。

前記スパッタが前記保護ガラスに付着することを防ぐものとして、エアノズルから噴出するエアカーテンによって、飛散る前記スパッタを吹飛ばす機構があるが、前記エアカーテンを使用しても、前記スパッタの付着を完全に防ぐことはできない。

スパッタが前記保護ガラスに付着すると、スパッタがレーザ光線を吸収し、レーザ光線の出力低下を招く。この為スパッタが前記保護ガラスに付着した場合、前記被溶接物の溶接部の溶込みが小さくなり、溶接不良を引起こすことになる。従って、スパッタが前記保護ガラスに付着した場合には、該保護ガラスを交換する必要がある。

従来、前記スパッタの付着は、溶接が完了した後、直接保護ガラスを目視して確認しており、前記スパッタが付着し、溶接不良が発生した場合にも溶接中には発見できない為、溶接が完了した後に再度溶接をやり直さなければならない等、効率や品質面での問題があった。

特開２００５−１７７７６０号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、溶接中の保護ガラスの状態を常時監視し、スパッタが付着した場合に直ちに発見でき、スパッタが付着することによる不具合を解消するレーザ溶接装置及びレーザ溶接方法を提供するものである。

本発明は、レーザ光線を溶接部に照射するレーザ照射ヘッドと、該レーザ照射ヘッドの先端部に設けた保護ガラスと、溶接時に該保護ガラスを監視するカメラとを具備するレーザ溶接装置に係るものである。

又本発明は、前記カメラからの画像データが入力される監視装置と監視モニタとを具備し、前記カメラで撮像した前記画像データは、前記監視装置で画像処理をされて前記監視モニタへと出力されるレーザ溶接装置に係り、又前記カメラで撮像した前記保護ガラスの正常な状態の画像データを基準画像データとして保存し、該基準画像データと所定時間間隔で取得した前記保護ガラスの画像データとの比較に基づき、前記保護ガラスへのスパッタの付着を監視する監視装置を有するレーザ溶接装置に係り、又前記保護ガラスに赤外光を照射する照明光源を有し、前記カメラは赤外線カメラであるレーザ溶接装置に係るものである。

又本発明は、レーザ光線を溶接部に照射するレーザ照射ヘッドと、該レーザ照射ヘッドの先端部に設けた保護ガラスと、該保護ガラスに検査用レーザ光線を照射し、前記保護ガラスの全面を走査する検査用レーザ光線照射部と、前記保護ガラスからの反射検査用レーザ光線を受光する検査用レーザ光線受光部とを具備するレーザ溶接装置に係るものである。

又本発明は、前記検査用レーザ光線が前記保護ガラスに付着したスパッタにより遮られ、前記検査用レーザ光線受光部は前記反射検査用レーザ光線を受光しない様設けられたレーザ溶接装置に係り、又前記検査用レーザ光線が前記保護ガラスに付着したスパッタにより散乱反射され、前記検査用レーザ光線受光部は散乱反射された前記反射検査用レーザ光線を受光するレーザ溶接装置に係り、又前記検査用レーザ光線受光部からの受光信号に基づき、前記保護ガラスへの前記スパッタの付着を監視する監視装置を有するレーザ溶接装置に係り、又前記検査用レーザ光線は赤外光であるレーザ溶接装置に係り、又溶接状態を制御する溶接制御装置を具備し、前記監視装置は前記スパッタを検出した場合に前記溶接制御装置にスパッタ検出信号を送出し、前記溶接制御装置は前記スパッタ検出信号に基づき溶接を中断する様構成したレーザ溶接装置に係るものである。

更に又本発明は、レーザ光線を保護ガラスを透して照射して被溶接物を溶接する工程と、前記保護ガラスの画像を撮像する工程と、撮像画像に基づきスパッタの付着を判断し、レーザ溶接装置の中断を行う工程とを具備するレーザ溶接方法に係るものである。

本発明によれば、レーザ光線を溶接部に照射するレーザ照射ヘッドと、該レーザ照射ヘッドの先端部に設けた保護ガラスと、溶接時に該保護ガラスを監視するカメラとを具備するので、溶接を中断せずに前記保護ガラスの状態を確認できる。

又本発明によれば、前記カメラからの画像データが入力される監視装置と監視モニタとを具備し、前記カメラで撮像した前記画像データは、前記監視装置で画像処理をされて前記監視モニタへと出力されるので、目視するよりも高い精度で前記保護ガラスの状態を確認できる。

又本発明によれば、前記カメラで撮像した前記保護ガラスの正常な状態の画像データを基準画像データとして保存し、該基準画像データと所定時間間隔で取得した前記保護ガラスの画像データとの比較に基づき、前記保護ガラスへのスパッタの付着を監視する監視装置を有するので、人の目では見落としがちな微小な前記スパッタをも検出できる。

又本発明によれば、前記保護ガラスに赤外光を照射する照明光源を有し、前記カメラは赤外線カメラであるので、前記溶接部からの光が前記監視カメラに入射せず、前記スパッタの検出精度を向上させることができる。

又本発明によれば、レーザ光線を溶接部に照射するレーザ照射ヘッドと、該レーザ照射ヘッドの先端部に設けた保護ガラスと、該保護ガラスに検査用レーザ光線を照射し、前記保護ガラスの全面を走査する検査用レーザ光線照射部と、前記保護ガラスからの反射検査用レーザ光線を受光する検査用レーザ光線受光部とを具備するので、溶接中であっても、溶接を中断せずに前記保護ガラスを走査できる。

又本発明によれば、前記検査用レーザ光線が前記保護ガラスに付着したスパッタにより遮られ、前記検査用レーザ光線受光部は前記反射検査用レーザ光線を受光しない様設けられたので、該反射検査用レーザ光線の受光の有無によって前記スパッタの検出が可能となる。

又本発明によれば、前記検査用レーザ光線受光部からの受光信号に基づき、前記保護ガラスへの前記スパッタの付着を監視する監視装置を有するので、人の目を通さずに前記スパッタの検出が可能となる。

又本発明によれば、前記検査用レーザ光線は赤外光であるので、前記溶接部からの光が前記検査用レーザ光線受光部に入射せず、前記スパッタの検出精度を向上させることができる。

又本発明によれば、溶接状態を制御する溶接制御装置を具備し、前記監視装置は前記スパッタを検出した場合に前記溶接制御装置にスパッタ検出信号を送出し、前記溶接制御装置は前記スパッタ検出信号に基づき溶接を中断する様構成したので、溶接不良による不具合を軽減でき、又省エネルギ化に寄与する。

更に又本発明によれば、レーザ光線を保護ガラスを透して照射して被溶接物を溶接する工程と、前記保護ガラスの画像を撮像する工程と、撮像画像に基づきスパッタの付着を判断し、レーザ溶接装置の中断を行う工程とを具備するので、前記保護ガラスの状態の確認に前記レーザ溶接装置を停止させる必要がなく、又溶接不良を最小限に抑え、安定した溶込みを確保できるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１に於いて、本発明に於ける第１の実施の形態について説明する。

図１中、１は溶接装置、２はレーザ光線を照射するレーザ照射ヘッドを示し、該レーザ照射ヘッド２の本体となるハウジング３内には、図示しないレーザ発振器、集光レンズ４が収納され、前記ハウジング３の先端部にはハウジングフランジ５が設けられ、該ハウジングフランジ５には保護ガラス６が設けられている。

溶接を行う被溶接物７の溶接部８近傍にはエアノズル９が前記被溶接物７と平行に配設されており、前記エアノズル９はエアを前記被溶接物７と平行に噴出してエアカーテン１１を形成する。又前記レーザ発振器から発振され、射出されたレーザ光線１２は、前記集光レンズ４によって前記溶接部８に集束され、前記エアカーテン１１は前記レーザ光線１２と直交する。

前記保護ガラス６の近傍には監視カメラ１３、例えばビデオカメラやＣＣＤカメラが、前記保護ガラス６全面の画像を取得できる様配設されており、前記監視カメラ１３は監視装置１４に接続され、該監視装置１４は監視モニタ１５に接続されている。尚、設置する前記監視カメラ１３は、静止画像のみを所定時間間隔で取得可能なカメラであってもよい。又、前記溶接部８からの光が前記保護ガラス６によって反射され、直接前記監視カメラ１３に入射しない様に、該監視カメラ１３と前記保護ガラス６が成す角度を設定する。更に、赤外光の照明光を前記保護ガラス６に照射し、前記監視カメラ１３が赤外線フィルタを有する赤外線カメラであり、赤外光による静止画像を取得する様にしてもよい。

以下、前記被溶接物７の溶接を行う場合について説明する。

図示しない前記レーザ発振器より発振された前記レーザ光線１２が、前記集光レンズ４によって集束され、前記レーザ光線１２が前記被溶接物７へと照射され、前記溶接部８を溶接する。

前記レーザ光線１２が照射されている前記溶接部８では、溶接により溶けた金属からスパッタ１６が飛散る。前記レーザ光線１２の照射と併行して、前記エアノズル９から前記レーザ光線１２と直行する方向にエアを噴出させ、前記エアカーテン１１を形成する。これにより大部分のスパッタ１６を、前記エアカーテン１１で遮断して前記保護ガラス６に付着させることなく吹散らすことができる。然し乍ら、前記エアカーテン１１だけでは、前記保護ガラス６に付着する前記スパッタ１６を全て防ぐことはできない為、前記保護ガラス６へのスパッタ１６の付着状態を監視する前記監視装置１４を作動させ、前記保護ガラス６の画像を前記監視カメラ１３に表示し、前記保護ガラス６へのスパッタ１６の付着状態を監視する。

次に、図２に於いて、前記監視装置１４について説明する。

前記監視カメラ１３では前記保護ガラス６の状態を常時連続的に撮像、或は所定時間間隔、例えば３０秒毎で間欠的に撮像しており、ＣＰＵの画像取込みが実行され、撮像した画像は前記監視装置１４に送られる。該監視装置１４では画像処理により前記保護ガラス６へのスパッタ１６の付着を監視し、該スパッタ１６の付着を検出した場合に、警告信号を警告部１７に発し、又前記監視モニタ１５及び前記溶接装置１に出力する。

前記監視装置１４は、前記監視カメラ１３に接続された画像処理部１８、該画像処理部１８に接続された制御演算部２１、該制御演算部２１に接続された記憶部１９、出力制御部２２から構成されており、該出力制御部２２は、前記監視モニタ１５と前記警告部１７と前記溶接装置１に接続されている。

前記監視カメラ１３から送られた画像は、前記画像処理部１８にてデジタル画像データに変換され、前記制御演算部２１へと送られる。該制御演算部２１は所定時間間隔、例えば３０秒毎の画像データを前記記憶部１９に記録する。又該記憶部１９では、予め正常な状態の前記保護ガラス６の画像データが基準画像データとして記録されており、前記制御演算部２１にて、前記画像処理部１８で変換されたデジタル画像データと、前記記憶部１９に記録された基準画像データとの比較を行う。

変換された画像データに前記スパッタ１６が付着していなければ、予め記録されていた画像データとの差異が出ない為、前記出力制御部２２から前記警告部１７及び前記溶接装置１へは信号が送られず、前記監視モニタ１５にのみ前記画像処理部１８で変換されたデジタル画像が出力される。

一方で、変換された画像データにスパッタ１６が付着していた場合は、予め記録されていた画像データとの差異が生じる為、前記出力制御部２２から前記監視モニタ１５に変換されたデジタル画像データが出力されると共に、前記警告部１７へと信号が送られ、該警告部１７は警告ブザーを鳴らす、或は警告灯を点滅させる。又、前記出力制御部２２から前記溶接装置１の溶接制御装置（図示せず）に停止信号が送られ、該溶接制御装置により溶接が中断される。

溶接が中断された際には、前記保護ガラス６の交換を行い、溶接を再開することで、前記溶接部８の溶接不良の発生を防止して安定した溶込みを確保でき、又溶接をやり直す必要がなくなり、エネルギの節約も可能となる。

次に、図３に於いて、第２の実施の形態について説明する。尚、図３中、図１と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施の形態に於いては、第１の実施の形態と同様のレーザ照射ヘッド２とエアノズル９を具備し、前記レーザ照射ヘッド２の近傍に、レーザ光線発光器２３とレーザ光線偏光器２４から成るレーザ光線発振器２５が設けられている。前記レーザ光線発光器２３から発せられる検査用レーザ光線２６には、前記溶接部８からの光とは異なる波長、例えば赤外光が用いられ、前記検査用レーザ光線２６は前記レーザ光線偏光器２４により保護ガラス６全面に亘って走査可能とする。又、前記レーザ光線発振器２５から発せられ、前記保護ガラス６で反射された前記検査用レーザ光線２６を垂直に受けられる位置に受光部２７を配置し、該受光部２７に受光される前記検査用レーザ光線２６が通過する位置に赤外線フィルタ２９を配置する。

該受光部２７は監視装置１４′に接続され、該監視装置１４′は監視モニタ１５に接続されている。

被溶接物７を溶接する工程に於いては、前記レーザ光線発光器２３より前記検査用レーザ光線２６を発振し、前記レーザ光線偏光器２４によって前記検査用レーザ光線２６の射出方向を変え、前記保護ガラス６全面を走査する。

又、発振された前記検査用レーザ光線２６は、前記保護ガラス６で反射され、反射した前記検査用レーザ光線２６は前記赤外線フィルタ２９を通して前記受光部２７に受光される。前記保護ガラス６にスパッタ１６が付着していた場合には、前記検査用レーザ光線２６は前記スパッタ１６に遮られる、或は乱反射されてしまう為、前記スパッタ１６付着箇所では前記検査用レーザ光線２６の反射光を、前記受光部２７で受光することができない。従って、該受光部２７での前記検査用レーザ光線２６の受光の有無をスパッタ検出の信号として前記監視装置１４′に取込むことができる。尚、前記保護ガラス６の走査に使用する前記検査用レーザ光線２６は、微小な前記スパッタ１６の検出を可能とする為、極めて細いレーザ光線を用いる。

次に、図４に於いて、前記監視装置１４′について説明する。

前記監視装置１４′は、Ａ／Ｄ変換部２８、記憶部１９、制御演算部２１、出力制御部２２から構成されており、前記受光部２７より取込まれた信号は、前記Ａ／Ｄ変換部２８でデジタル信号に変換され、前記制御演算部２１へと送られる。該制御演算部２１へ送られたデジタル信号は、前記記憶部１９に予め記録されていた正常な前記保護ガラス６の信号と比較され、取込まれた信号との差異がなければ前記出力制御部２２より前記監視モニタ１５にのみ出力され、取込まれた信号との差異が生じた場合には、前記監視モニタ１５だけでなく、警告部１７へも出力され、該警告部１７は前記出力制御部２２の信号に基づき警報ブザーを鳴らす、或は警告灯を点滅させる。同時に、溶接装置１の溶接制御装置に停止信号が発せられ、該溶接制御装置により溶接が中断される。

中断した前記溶接装置１の前記保護ガラス６の交換を行い、溶接を再開することで、前記被溶接物７に対する溶接不良を防止し、安定した溶込みを確保することができる。

尚、第２の実施の形態に於いて前記保護ガラス６で反射された前記検査用レーザ光線２６を検出する代りに、前記保護ガラス６に付着したスパッタ１６によって散乱反射される散乱反射光２６′を前記受光部２７によって検出する様にしてもよい。この場合、走査する検査用レーザ光線２６の光束径は太くてもよい。又、前記受光部２７の受光光軸は前記レーザ光線発光器２３の射出光軸に対して交差する様にし、前記検査用レーザ光線２６の反射光が直接前記受光部２７に入射しない様にする。更に、前記検査用レーザ光線２６を赤外光とし、前記受光部２７が赤外線フィルタ２９を通して受光することで、前記溶接部８からの光が前記受光部２７に入射せず、検出精度が向上する。

本発明の第１の実施の形態を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施の形態に於ける監視方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態に於ける監視方法を示す説明図である。

１ 溶接装置
２ レーザ照射ヘッド
６ 保護ガラス
９ エアノズル
１１ エアカーテン
１３ 監視カメラ
１４，１４′ 監視装置
１５ 監視モニタ
１６ スパッタ
２５ レーザ光線発振器
２６ 検査用レーザ光線
２７ 受光部

Claims (4)

1. レーザ光線を溶接部に照射するレーザ照射ヘッドと、該レーザ照射ヘッドの先端部に設けた保護ガラスと、溶接時に該保護ガラスを監視するカメラと、該カメラからの画像データが入力される監視装置と、該監視装置で画像処理された前記画像データが出力される監視モニタとを具備し、前記カメラは前記レーザ照射ヘッドの外部から前記保護ガラス全面の画像を直接取得できる様配設されると共に、該保護ガラスで反射された前記溶接部からの光が前記カメラに入射しない様該カメラと前記保護ガラスの成す角度が設定され、前記監視装置は前記カメラで撮像した前記保護ガラスの正常な状態の画像データを基準画像データとして保存し、該基準画像データと所定時間間隔で取得した前記保護ガラスの画像データとの比較に基づき、前記保護ガラスへのスパッタの付着を監視することを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 前記保護ガラスに赤外光を照射する照明光源を有し、前記カメラは赤外線カメラである請求項１のレーザ溶接装置。
3. 溶接状態を制御する溶接制御装置を具備し、前記監視装置は前記スパッタを検出した場合に前記溶接制御装置にスパッタ検出信号を送出し、前記溶接制御装置は前記スパッタ検出信号に基づき溶接を中断する様構成した請求項１又は請求項２のレーザ溶接装置。
4. レーザ照射ヘッドがレーザ光線を保護ガラスを透して被溶接物に照射して溶接部を溶接する工程と、前記レーザ照射ヘッドの外部から前記保護ガラス全面の画像を直接取得できる様配設され、該保護ガラスで反射された前記溶接部からの光が入射しない様前記保護ガラスとの成す角度が設定されたカメラにより前記保護ガラスの画像を撮像する工程と、撮像した画像データを監視装置に入力する工程と、該監視装置が前記画像データを画像処理して監視モニタに出力する工程と、前記監視装置が前記画像データと前記監視装置に予め保存された基準画像データとの比較に基づき前記保護ガラスへのスパッタの付着を判断する工程と、該判断に基づき溶接の中断を行う工程とを具備することを特徴とするレーザ溶接方法。

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