JP6376963B2 - Laser welding apparatus having groove monitoring device and groove monitoring method for laser welding device - Google Patents

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本発明は、レーザ溶接する開先部を直接監視する開先部監視装置を有し、高精度で溶接するレーザ溶接装置およびレーザ溶接装置の開先部監視方法に関する。   The present invention relates to a laser welding apparatus that has a groove monitoring device that directly monitors a groove portion to be laser-welded and performs welding with high accuracy and a groove portion monitoring method for the laser welding device.

レーザビームをウイービングさせて溶接するレーザ溶接装置において、開先部を検出す
る誤差検出手段を備えたものが特許文献1に提案されている。この誤差検出手段は、レー
ザビームの照射位置よりも前方に配置され、レーザセンサなどの光学系センサから構成さ
れる。
Patent Document 1 proposes a laser welding apparatus that welds a laser beam by weaving, and includes error detection means for detecting a groove portion. This error detection means is arranged in front of the irradiation position of the laser beam and is composed of an optical system sensor such as a laser sensor.

特開2003−170284号公報JP 2003-170284 A

例えば厚みが50mmを超えて200mmまでの溶接材(厚板)を突合せ溶接する場合、その狭開先幅は数mmであるのに対して、レーザ溶接のビームスポットが小さいため、ビームスポットを高速でかつ高精度でウイービングさせる必要がある。上記特許文献1では、レーザビームの照射位置より前方で、開先部をレーザセンサにより検出しているが、ビームスポットが小さいため、レーザ溶接装置や母材の僅かな変動や変位に影響を受けやすい。また、レーザビームをウイービングさせて溶接している際、母材が熱によって僅かに変形し、開先幅が正規の値よりも僅かに縮小したり或いは拡大することがある。このようなことから、従来のレーザ溶接装置では、開先壁の位置を検出する際の検出精度を高めることは困難であるという問題があった。   For example, when butt welding welding materials (thick plates) with a thickness exceeding 50 mm up to 200 mm, the narrow groove width is several mm, but the beam spot of laser welding is small, so the beam spot is high speed. And weaving with high accuracy is required. In Patent Document 1, the groove portion is detected by a laser sensor in front of the irradiation position of the laser beam. However, since the beam spot is small, it is affected by slight fluctuations and displacements of the laser welding apparatus and the base material. Cheap. Further, when welding is performed by weaving the laser beam, the base material may be slightly deformed by heat, and the groove width may be slightly reduced or expanded from a normal value. For this reason, the conventional laser welding apparatus has a problem that it is difficult to increase the detection accuracy when detecting the position of the groove wall.

本発明は、開先壁の位置を高精度で検出することが可能な開先部監視装置を有するレーザ溶接装置およびレーザ溶接装置の開先部監視方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the laser welding apparatus which has a groove part monitoring apparatus which can detect the position of a groove wall with high precision, and the groove part monitoring method of a laser welding apparatus.

請求項1記載の開先部監視装置を有するレーザ溶接装置は、開先溶接部を監視しながら開先溶接部の溶接ラインに沿って溶接するレーザ溶接装置であって、
レーザビームの光軸上に揺動自在に配置されたウイービング用ミラーと、
当該ウイービング用ミラーを揺動させてビームスポットを、山部と谷部を有する形状にウイービングさせるウイービング駆動装置と、
前記開先溶接部の画像を撮像する撮像装置と、
前記ウイービング駆動装置にウイービング波形信号を出力するとともに、前記撮像装置に撮像トリガー信号を出力する操作出力部および画像処理・判断部を有する制御装置と、を具備し、
前記撮像トリガー信号に基づいて操作される前記撮像装置は、ビームスポットが前記山部又は谷部の近傍位置にあり、且つビームスポットから開先溶接部の開先壁に沿って前方に伸びるプラズマ光を撮像し、
前記画像処理・判断部は、前記プラズマ光を含む画像から開先溶接部の開先壁の位置を判断して開先幅および開先中心を求めることを特徴とする。
A laser welding apparatus having a groove part monitoring device according to claim 1, wherein the laser welding apparatus welds along the welding line of the groove weld part while monitoring the groove weld part,
A weaving mirror disposed on the optical axis of the laser beam so as to freely swing;
A weaving driving device that swings the weaving mirror to weave the beam spot into a shape having a peak and a valley; and
An imaging device that captures an image of the groove weld;
A control device having an operation output unit and an image processing / determination unit that outputs a weaving waveform signal to the weaving driving device and outputs an imaging trigger signal to the imaging device;
The imaging device operated based on the imaging trigger signal has a beam spot in the vicinity of the peak or valley, and plasma light extending forward from the beam spot along the groove wall of the groove weld. Image
The image processing / determination unit determines a groove width and a groove center by determining a position of a groove wall of the groove welded part from the image including the plasma light.

請求項2記載の開先部監視装置を有するレーザ溶接装置は、操作出力部は、ビームスポットが前記山部又は谷部の折り返し点を通過した位置から、ウイービングの振幅の7%から15%の範囲内を移動している時に撮像装置のシャッタが駆動されるように撮像トリガー信号を出力することを特徴とする。   The laser welding apparatus having the groove portion monitoring device according to claim 2, wherein the operation output portion is 7% to 15% of the amplitude of the weaving from the position where the beam spot passes through the turning point of the peak portion or the valley portion. An imaging trigger signal is output so that the shutter of the imaging device is driven when moving within the range.

請求項3記載の開先部監視装置を有するレーザ溶接装置は、画像処理・判断部は、撮像画像のビームスポットよりも前方で且つビームスポットを含まないがプラズマ光を含む画像領域を選択し、この画像領域に基づいて開先壁の位置を判断することを特徴とする。   In the laser welding apparatus having the groove portion monitoring device according to claim 3, the image processing / determination unit selects an image region that is ahead of the beam spot of the captured image and does not include the beam spot but includes plasma light, The position of the groove wall is determined based on the image area.

請求項4記載の開先部監視装置を有するレーザ溶接装置は、画像処理・判断部は、溶接ラインに沿う画素列のうち、光度の大きい画素列をプラズマ光と判断し、プラズマ光の溶接ラインの外側で隣接する画素列の光度の勾配が大きい画素列を開先壁と判断することを特徴とする。   The laser welding apparatus having the groove portion monitoring device according to claim 4, wherein the image processing / determination unit determines that a pixel column having a high luminous intensity among the pixel columns along the welding line is plasma light, and the plasma light welding line A pixel row having a large gradient of luminous intensity between adjacent pixel rows outside the area is determined as a groove wall.

請求項5記載のレーザ溶接装置の開先部監視方法は、光軸に沿って照射されたレーザビームを、ウイービング用ミラーを介して開先溶接部に照射し、前記ウイービング用ミラーを揺動させて開先溶接部に照射されるビームスポットを、山部と谷部を有する形状にウイービングさせ、
ビームスポットが前記山部又は谷部の近傍位置で、且つビームスポットから開先溶接部の開先壁に沿って前方に伸びるプラズマ光を撮像し、
前記プラズマ光を含む画像から開先溶接部の開先壁の位置を判断して開先幅および開先中心を求めることを特徴とする。
The groove monitoring method for a laser welding apparatus according to claim 5, wherein the laser beam irradiated along the optical axis is irradiated to the groove weld through the weaving mirror, and the weaving mirror is swung. The beam spot irradiated to the groove welded part is weaved into a shape having a peak and a valley,
A beam spot is imaged in the vicinity of the peak or valley and the plasma light extending forward from the beam spot along the groove wall of the groove weld,
The groove width and the groove center are obtained by determining the position of the groove wall of the groove weld from the image containing the plasma light.

請求項6記載のレーザ溶接装置の開先部監視方法は、ビームスポットが前記山部又は谷部の折り返し点を通過した位置から、ウイービングの振幅の7%から15%の範囲内を移動している時に、プラズマ光を撮像することを特徴とする。   The groove monitoring method for a laser welding apparatus according to claim 6, wherein the beam spot moves within a range of 7% to 15% of the amplitude of the weaving from the position where the beam spot passes through the turning point of the peak or valley. It is characterized in that the plasma light is imaged during the operation.

請求項1によれば、ビームスポットから開先溶接部の開先壁に沿って前方に伸びるプラズマ光を撮像し、このプラズマ光を含む画像から開先溶接部の開先壁の位置を判断することにより、開先壁の位置を高精度で検出して、開先幅および開先中心を精度良く求めることができる。このため、加工の誤差や熱の影響等によって開先幅の値が僅かに変化しても、検出された開先幅に基づいてウイービング駆動装置を制御することにより、レーザビームの振幅を開先幅の変化に応じて精度良く調整することができる。
請求項2によれば、ビームスポットが山部又は谷部の折り返し点を通過した位置から、ウイービングの振幅の7%から15%の範囲内を移動している時に、ビームスポットから開先溶接部の開先壁に沿って前方に伸びるプラズマ光が発生するため、撮像装置でプラズマ光を確実に撮像することができる。
According to claim 1, plasma light extending forward along the groove wall of the groove weld from the beam spot is imaged, and the position of the groove wall of the groove weld is determined from an image including the plasma light. Thus, the position of the groove wall can be detected with high accuracy, and the groove width and the groove center can be obtained with high accuracy. For this reason, even if the value of the groove width slightly changes due to a processing error or the influence of heat, the amplitude of the laser beam is controlled by controlling the weaving drive device based on the detected groove width. It can be accurately adjusted according to the change in width.
According to claim 2, when the beam spot is moving within the range of 7% to 15% of the amplitude of the weaving from the position where the beam spot passes through the turning point of the peak portion or the valley portion, Since plasma light extending forward along the groove wall is generated, the plasma light can be reliably imaged by the imaging device.

請求項3および請求項4によれば、何らかの外的要因等によって万一、ビームスポットが開先壁から振幅方向における外側へはみ出した場合であっても、開先壁に沿ってプラズマ光が発生していれば、ビームスポットの光の影響を除外し、プラズマ光のみの光度の勾配に基づいて、開先壁の位置を高精度で検出することができる。   According to claims 3 and 4, even if the beam spot protrudes from the groove wall to the outside in the amplitude direction due to some external factor, plasma light is generated along the groove wall. If it does, the influence of the light of a beam spot can be excluded, and the position of a groove wall can be detected with high precision based on the gradient of luminous intensity of only plasma light.

請求項5によれば、ビームスポットから開先溶接部の開先壁に沿って前方に伸びるプラズマ光を撮像し、このプラズマ光を含む画像から開先溶接部の開先壁の位置を判断することにより、開先壁の位置を高精度で検出して、開先幅および開先中心を精度良く求めることができる。このため、加工の誤差や熱の影響等によって開先幅の値が僅かに変化しても、検出された開先幅に基づいて、レーザビームの振幅を開先幅の変化に応じて精度良く調整することができる。
請求項6によれば、ビームスポットが山部又は谷部の折り返し点を通過した位置から、ウイービングの振幅の7%から15%の範囲内を移動している時に、ビームスポットから開先溶接部の開先壁に沿って前方に伸びるプラズマ光が発生するため、撮像装置でプラズマ光を確実に撮像することができる。
According to the fifth aspect, the plasma light extending forward along the groove wall of the groove welded portion from the beam spot is imaged, and the position of the groove wall of the groove welded portion is determined from the image including the plasma light. Thus, the position of the groove wall can be detected with high accuracy, and the groove width and the groove center can be obtained with high accuracy. For this reason, even if the value of the groove width slightly changes due to processing errors, the influence of heat, etc., the amplitude of the laser beam is accurately adjusted according to the change in the groove width based on the detected groove width. Can be adjusted.
According to claim 6, when the beam spot is moving within the range of 7% to 15% of the amplitude of the weaving from the position where the beam spot passes through the turning point of the peak portion or the valley portion, Since plasma light extending forward along the groove wall is generated, the plasma light can be reliably imaged by the imaging device.

本発明の第1の実施の形態における開先部監視装置を有するレーザ溶接装置の構成図である。It is a block diagram of the laser welding apparatus which has a groove part monitoring apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 同、レーザ溶接装置の撮像装置による開先部の画面を示す図である。It is a figure which shows the screen of the groove part by the imaging device of a laser welding apparatus similarly. 同、レーザ溶接装置の制御装置の操作出力部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the operation output part of the control apparatus of a laser welding apparatus equally. 図3の操作出力部の出力波形図である。FIG. 4 is an output waveform diagram of the operation output unit of FIG. 3. 同、レーザ溶接装置のウイービング時のビームスポットの移動経路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the movement path | route of the beam spot at the time of weaving of a laser welding apparatus. 同、開先溶接部の撮像画像であり、(a)は一方の折り返し点とこの折り返し点を通過したビームスポットとの距離Aがレーザビームの振幅Eの12.5%の値のときの画像であり、(b)は同画像の画素列の光度を示すグラフである。FIG. 4 is an image of a groove welded portion, where (a) is an image when the distance A between one folding point and a beam spot that has passed through this folding point is 12.5% of the amplitude E of the laser beam. (B) is a graph showing the luminous intensity of the pixel row of the same image. 同、開先溶接部の撮像画像であり、(a)は他方の折り返し点とこの折り返し点を通過したビームスポットとの距離Aがレーザビームの振幅Eの12.5%の値のときの画像であり、(b)は同画像の画素列の光度を示すグラフである。FIG. 6 is an image of a groove welded portion, where (a) is an image when the distance A between the other folding point and the beam spot that has passed through this folding point is 12.5% of the amplitude E of the laser beam. (B) is a graph showing the luminous intensity of the pixel row of the same image. 同、レーザ溶接装置による開先部監視方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the groove part monitoring method by a laser welding apparatus similarly. 参考例としての開先溶接部の撮像画像であり、(a)はビームスポットが一方の折り返し点に移動したときの画像であり、(b)は同画像の画素列の光度を示すグラフである。It is a picked-up image of a groove weld as a reference example, (a) is an image when the beam spot moves to one folding point, (b) is a graph showing the luminous intensity of the pixel row of the image. . 参考例としての開先溶接部の撮像画像であり、(a)は前記距離Aが前記振幅Eの25%の値のときの画像であり、(b)は同画像の画素列の光度を示すグラフである。It is a picked-up image of a groove weld as a reference example, (a) is an image when the distance A is a value of 25% of the amplitude E, (b) shows the luminous intensity of the pixel row of the image. It is a graph. 参考例として、前記距離Aが前記振幅Eの5.9%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。As a reference example, it is a captured image of a groove weld when the distance A is 5.9% of the amplitude E. 参考例として、前記距離Aが前記振幅Eの6.5%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。As a reference example, it is a captured image of a groove weld when the distance A is 6.5% of the amplitude E. 本発明の第1の実施の形態として、前記距離Aが前記振幅Eの7.1%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。As a 1st embodiment of the present invention, it is a picked-up image of a groove welding part when the distance A is a value of 7.1% of the amplitude E. 同、前記距離Aが前記振幅Eの7.8%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。FIG. 6 is a captured image of a groove weld when the distance A is 7.8% of the amplitude E. FIG. 同、前記距離Aが前記振幅Eの8.5%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。4 is a captured image of a groove weld when the distance A is 8.5% of the amplitude E. FIG. 同、前記距離Aが前記振幅Eの9.2%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。3 is a captured image of a groove weld when the distance A is 9.2% of the amplitude E. FIG. 同、前記距離Aが前記振幅Eの13.1%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。4 is a captured image of a groove weld when the distance A is 13.1% of the amplitude E. FIG. 同、前記距離Aが前記振幅Eの14.9%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。4 is a captured image of a groove weld when the distance A is 14.9% of the amplitude E. FIG. 参考例として、前記距離Aが前記振幅Eの15.8%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。As a reference example, it is a captured image of a groove weld when the distance A is 15.8% of the amplitude E. 参考例として、前記距離Aが前記振幅Eの16.7%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。As a reference example, it is a captured image of a groove weld when the distance A is 16.7% of the amplitude E. 参考例として、前記距離Aが前記振幅Eの17.7%の値のときの開先溶接部の撮像画像である。As a reference example, it is a captured image of a groove weld when the distance A is 17.7% of the amplitude E. 本発明の第2の実施の形態におけるレーザ溶接装置で撮像した開先溶接部の撮像画像であり、(a)は一方の折り返し点とこの折り返し点を通過したビームスポットとの距離Aがレーザビームの振幅Eの12.5%の値のときの画像であり、(b)は同画像の画素列の光度を示すグラフである。It is the picked-up image of the groove welding part imaged with the laser welding apparatus in the 2nd Embodiment of this invention, (a) is the distance A of one folding point and the beam spot which passed this folding point is a laser beam. (B) is a graph showing the luminous intensity of the pixel column of the same image. 同、開先溶接部の撮像画像であり、(a)は他方の折り返し点とこの折り返し点を通過したビームスポットとの距離Aがレーザビームの振幅Eの12.5%の値のときの画像であり、(b)は同画像の画素列の光度を示すグラフである。FIG. 6 is an image of a groove welded portion, where (a) is an image when the distance A between the other folding point and the beam spot that has passed through this folding point is 12.5% of the amplitude E of the laser beam. (B) is a graph showing the luminous intensity of the pixel row of the same image. 参考例としての開先溶接部の撮像画像であり、(a)はビームスポットが一方の折り返し点に移動したときの画像であり、(b)は同画像の画素列の光度を示すグラフである。It is a picked-up image of a groove weld as a reference example, (a) is an image when the beam spot moves to one folding point, (b) is a graph showing the luminous intensity of the pixel row of the image. . 参考例としての開先溶接部の撮像画像であり、(a)は前記距離Aが前記振幅Eの25%の値のときの画像であり、(b)は同画像の画素列の光度を示すグラフである。It is a picked-up image of a groove weld as a reference example, (a) is an image when the distance A is a value of 25% of the amplitude E, (b) shows the luminous intensity of the pixel row of the image. It is a graph.

(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図21に基づいて説明する。
[レーザ溶接装置]
図1〜図4に示すように、このレーザ溶接装置は、レーザ共振器11で発信されたレーザビーム(COレーザやYAGレーザなど)LBを、ファイバケーブル12およびコリメーションレンズ13を介して導入し、その水平方向の光軸Oh上に配置された反射ミラー(ウイービング用ミラー)14で反射させて90°屈折させ、垂直方向の光軸Ov上に導入する。そしてフォーカスレンズ15で集光してビームスポットBSを開先溶接部16に照射する。前記反射ミラー14は、ウイービング用駆動装置(電動モータ等)17により揺動可能に支持されており、反射ミラー14を所定の振幅および周波数で揺動させることにより、ビームスポットBSを溶接ラインWLに交差(直交)する方向に山部と谷部を有する波形状にウイービングさせる。ここでウイービング波形は、振幅が開先溶接部16の開先幅Wに対応して設定される。またビームスポットBSの出力や大きさに対応して、ウイービング波形の周波数(周期)が数10〜数100Hzの範囲で設定される。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[Laser welding equipment]
As shown in FIGS. 1 to 4, this laser welding apparatus introduces a laser beam (CO 2 laser, YAG laser, etc.) LB emitted from a laser resonator 11 through a fiber cable 12 and a collimation lens 13. Then, the light is reflected by a reflection mirror (weaving mirror) 14 disposed on the horizontal optical axis Oh, refracted by 90 °, and introduced onto the vertical optical axis Ov. Then, the beam is condensed by the focus lens 15 and irradiated to the groove welding portion 16 with the beam spot BS. The reflection mirror 14 is swingably supported by a weaving drive device (electric motor or the like) 17, and the beam spot BS is moved to the welding line WL by swinging the reflection mirror 14 with a predetermined amplitude and frequency. Weaving into a wave shape having peaks and valleys in the intersecting (orthogonal) direction. Here, the amplitude of the weaving waveform is set corresponding to the groove width W of the groove weld portion 16. Corresponding to the output and size of the beam spot BS, the frequency (period) of the weaving waveform is set in the range of several tens to several hundreds Hz.

尚、レーザ溶接装置は、母材として約15mm〜約150mmの厚さの金属板に使用でき、開先幅Wが約3mm〜約15mmの狭開先に使用できる。
[開先部監視装置]
光軸Ovに、レーザ光の波長を透過するダイクロイックミラーからなる入口側ダイクロイックミラー(検出用ミラー)18および出口側ダイクロイックミラー(照明用ミラー)19がそれぞれ配置されている。これらダイクロイックミラー18,19は、レーザビームLBを透過するとともに、可視光や近赤外光を所定の反射率で反射させるもので、光軸Ovに対して45°傾斜して配置される。
The laser welding apparatus can be used for a metal plate having a thickness of about 15 mm to about 150 mm as a base material, and can be used for a narrow groove having a groove width W of about 3 mm to about 15 mm.
[Groove part monitoring device]
An entrance-side dichroic mirror (detection mirror) 18 and an exit-side dichroic mirror (illumination mirror) 19 each including a dichroic mirror that transmits the wavelength of the laser light are disposed on the optical axis Ov. These dichroic mirrors 18 and 19 transmit the laser beam LB and reflect visible light and near-infrared light with a predetermined reflectance, and are arranged with an inclination of 45 ° with respect to the optical axis Ov.

出口側ダイクロイックミラー19に対応して、開先溶接部16に照明光を照射する照明光源20が設置されている。また、入口側ダイクロイックミラー18に対応して、1台の撮像装置21と2つのフォトセンサ22,23がそれぞれ配置されている。   Corresponding to the exit side dichroic mirror 19, an illumination light source 20 that irradiates the groove welding portion 16 with illumination light is installed. In addition, one imaging device 21 and two photosensors 22 and 23 are arranged corresponding to the entrance-side dichroic mirror 18.

すなわち、入口側ダイクロイックミラー18から入射される分岐光軸Os1上に、撮像用ダイクロイックミラー24、センシング用集光レンズ25、センシング用ダイクロイックミラー26が順に配置されている。撮像用ダイクロイックミラー24の分岐光軸Os2上に、レーザビームLBと同一波長の光をカットするための帯域遮断フィルタ27を介して撮像装置21が設置される。撮像装置21は、光軸Ovから開先溶接部16の画像を撮像するものであり、40〜200フレーム/秒の撮像が可能な高速シャッタを具備している。また、照明光源20から、選択された単一波長の照明光を開先溶接部16に照射し、反射光から照明光を優先的に通過させる光学フィルタを、帯域遮断フィルタ27と併用して使用することにより、コントラストに優れた画像を得ることができる。なお、出口側ダイクロイックミラー19は、光軸Oh,Ov上で任意位置に設定することができ、照明光源20の設置位置は、図1に示した位置に限るものではない。   That is, the imaging dichroic mirror 24, the sensing condensing lens 25, and the sensing dichroic mirror 26 are sequentially arranged on the branch optical axis Os1 incident from the entrance-side dichroic mirror 18. On the branched optical axis Os2 of the imaging dichroic mirror 24, the imaging device 21 is installed via a band cutoff filter 27 for cutting light having the same wavelength as the laser beam LB. The imaging device 21 captures an image of the groove welding portion 16 from the optical axis Ov, and includes a high-speed shutter capable of capturing 40 to 200 frames / second. Further, an optical filter that irradiates the groove welding portion 16 with illumination light having a single wavelength selected from the illumination light source 20 and passes the illumination light preferentially from the reflected light is used in combination with the band cutoff filter 27. By doing so, an image excellent in contrast can be obtained. The exit side dichroic mirror 19 can be set at an arbitrary position on the optical axes Oh and Ov, and the installation position of the illumination light source 20 is not limited to the position shown in FIG.

[制御装置]
レーザ溶接装置に備えられている制御装置41は、ウイービング用駆動装置17を制御するウイービング制御部17aと、撮像装置21を制御するシャッタ制御部21aと、ウイービング用駆動装置17にウイービング波形信号を出力して制御する操作出力部42と、撮像装置21の画像出力部21bから撮像データが入力される画像処理・判断部51と、画像処理・判断部51から開先壁32R,32Lの検出データがそれぞれ入力される信号比較判断部54とを有している。
[Control device]
The control device 41 provided in the laser welding apparatus outputs a weaving waveform signal to the weaving control unit 17 a that controls the weaving drive device 17, the shutter control unit 21 a that controls the imaging device 21, and the weaving drive device 17. The operation output unit 42 to be controlled, the image processing / determination unit 51 to which imaging data is input from the image output unit 21b of the imaging device 21, and the detection data of the groove walls 32R, 32L from the image processing / determination unit 51 Each of them has a signal comparison / determination unit 54 to be inputted.

操作出力部42は、図3に示すように、発信器43、分周器44、アドレスカウンタ45、波形テーブル46(Sinテーブル)、DA変換器47、R位置比較器48R,L位置比較器48L、シャッタ位置設定器49およびOR演算器50を具備している。発信器43は、ウイービング周波数を設定する例えば電圧制御形発信器で、外部から発信周波数を調節可能なものである。分周器44は、発信器43から発信された周波数を、1/nにするものである。アドレスカウンタ45は、たとえばSin波形の1周期をm等分して、その計算値を波形テーブル46のメモリに書き込み、この波形テーブル46のメモリの値に、1周期を繰り返するためのアドレス(番地)を指定する。そしてこのアドレスが繰り返される周期毎にSin波形がウイービング波形信号として、DA変換器47を介してウイービング用駆動装置17のウイービング制御部17aに出力される。   As shown in FIG. 3, the operation output unit 42 includes a transmitter 43, a frequency divider 44, an address counter 45, a waveform table 46 (Sin table), a DA converter 47, an R position comparator 48R, and an L position comparator 48L. A shutter position setting unit 49 and an OR calculator 50 are provided. The transmitter 43 is, for example, a voltage control type transmitter that sets the weaving frequency, and can adjust the transmission frequency from the outside. The frequency divider 44 sets the frequency transmitted from the transmitter 43 to 1 / n. For example, the address counter 45 divides one cycle of the Sin waveform into m and writes the calculated value to the memory of the waveform table 46. The address (address) for repeating one cycle is stored in the memory value of the waveform table 46. ) Is specified. Then, the Sin waveform is output as a weaving waveform signal to the weaving control unit 17a of the weaving drive device 17 via the DA converter 47 every cycle in which this address is repeated.

したがって、発信器43の発信周波数を変更したり、分周器44における分割数を変更することにより、ウイービングの周波数(周期)を変更することができる。
尚、ここで波形テーブル46におけるウイービング波形をSin波形としたが、電流制御可能なガルバノメータなどを使用したウイービング用駆動装置17を制御することにより、三角形波形や台形波形をウイービング波形として出力することができる。
Therefore, the weaving frequency (period) can be changed by changing the transmission frequency of the transmitter 43 or changing the number of divisions in the frequency divider 44.
Although the weaving waveform in the waveform table 46 is a Sin waveform here, a triangular waveform or a trapezoidal waveform can be output as a weaving waveform by controlling the weaving drive device 17 using a galvanometer capable of controlling current. it can.

また、前記操作出力部42はシャッタ制御部21aに撮像トリガー信号を出力し、これにより、撮像装置21のシャッタが高速で操作される。
また、信号比較判断部54は、画像処理・判断部51から入力される開先壁32R,32Lの検出データを比較して、それぞれの位置のずれ量が、所定の閾値より大きい時に警告信号を出力することができる。
The operation output unit 42 outputs an imaging trigger signal to the shutter control unit 21a, whereby the shutter of the imaging device 21 is operated at high speed.
The signal comparison / determination unit 54 compares the detection data of the groove walls 32R and 32L input from the image processing / determination unit 51, and outputs a warning signal when the displacement amount of each position is larger than a predetermined threshold. Can be output.

また入力データに基づいて、開先壁32R,32Lの位置や開先幅W、開先中心Cを表示する表示装置55と、警報を発する警報装置56が設けられている。
(撮像トリガー信号)
操作出力部42は、ビームスポットBSがウイービングの山部又は谷部の折り返し点57R,57Lを通過した位置から、ウイービングの振幅Eの7%から15%の範囲内を移動している時に撮像装置21のシャッタが駆動されるように、撮像トリガー信号をシャッタ制御部21aに出力する。
Further, a display device 55 for displaying the positions of the groove walls 32R and 32L, the groove width W, and the groove center C based on the input data, and an alarm device 56 for issuing an alarm are provided.
(Imaging trigger signal)
The operation output unit 42 is an imaging device when the beam spot BS is moving within a range of 7% to 15% of the amplitude E of the weaving from a position where the beam spot BS has passed the turning points 57R and 57L of the weaving peaks or valleys. An imaging trigger signal is output to the shutter control unit 21a so that the shutter 21 is driven.

尚、前記ビームスポットBSがウイービングの山部又は谷部の折り返し点57R,57Lを通過した位置から、ウイービングの振幅Eの7%から15%の範囲内を移動している時とは、換言すると、図5に示すように、折り返し点57R,57Lとこの折り返し点57R,57Lを通過したビームスポットBSとの振幅方向における距離AがレーザビームLBの振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれている時のことである。   In other words, when the beam spot BS moves within the range of 7% to 15% of the amplitude E of the weaving from the position where the turning points 57R and 57L of the weaving peaks or troughs pass. As shown in FIG. 5, the distance A in the amplitude direction between the turning points 57R and 57L and the beam spot BS passing through the turning points 57R and 57L is within the range of 7% to 15% of the amplitude E of the laser beam LB. It is when it is included.

すなわち、図3に示すように、前記操作出力部42に設けられたR側位置比較器48RとL側位置比較器48Lは、Sin信号の角度に対応するカウンタアドレス値をそれぞれ比較値として保有しており、アドレスカウンタ45から出力されるSin信号の累積値と、L側シャッター設定値又はR側シャッター設定値とが一致した時に撮像位置と判断する。L側シャッター設定値とR側シャッター設定値とは、折り返し点57R,57Lと折り返し点57R,57Lを通過したビームスポットBSとの距離AがレーザビームLBの振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれたときに、撮像トリガー信号がOR演算器50を介して撮像装置21のシャッタ制御部21aに出力されるように、設定されている。   That is, as shown in FIG. 3, the R-side position comparator 48R and the L-side position comparator 48L provided in the operation output unit 42 each have a counter address value corresponding to the angle of the Sin signal as a comparison value. When the accumulated value of the Sin signal output from the address counter 45 matches the L-side shutter setting value or the R-side shutter setting value, it is determined as the imaging position. The L-side shutter setting value and the R-side shutter setting value are such that the distance A between the turning points 57R, 57L and the beam spot BS passing through the turning points 57R, 57L is in the range of 7% to 15% of the amplitude E of the laser beam LB. When included, the imaging trigger signal is set to be output to the shutter control unit 21a of the imaging device 21 via the OR calculator 50.

(撮像装置および画像処理・判断部)
図2は、撮像装置21の非溶接時の画面を示すもので、左右の母材31R,31L間に開先壁32R,32Lを有する開先溶接部16が形成されている。33はシールド用ガスノズル、34は開先溶接部16に充填されるフィラーである。
(Imaging device and image processing / determination unit)
FIG. 2 shows a screen when the imaging device 21 is not welded, and a groove weld portion 16 having groove walls 32R, 32L is formed between the left and right base materials 31R, 31L. Reference numeral 33 denotes a shielding gas nozzle, and 34 denotes a filler filled in the groove weld portion 16.

画像処理・判断部51は、撮像装置21により撮影された画像から、溶接方向に沿う所定範囲の画素列i1〜i2の画素j1〜j2の光度の平均値を求める。そして、隣接する画素列の画素の光度に対して、光度の勾配が大きい画素列L(i),R(i)を溶接開先部16の開先壁32R,32Lの位置と判断するように構成されている。   The image processing / determination unit 51 obtains the average value of the luminous intensity of the pixels j1 to j2 of the pixel rows i1 to i2 in a predetermined range along the welding direction from the image photographed by the imaging device 21. Then, the pixel columns L (i) and R (i) having a large gradient of light intensity with respect to the light intensity of the pixels in the adjacent pixel columns are determined as the positions of the groove walls 32R and 32L of the welding groove portion 16. It is configured.

例えば、図6(a)は、一方の折り返し点57Rとこの折り返し点57Rを通過したビームスポットBSとの振幅方向における距離AがレーザビームLBの振幅Eの約12.5%の値になったときに、撮像装置21で撮像した開先溶接部16の画像であり、振幅方向(左右方向)の画素i1〜i2、高さ方向(溶接線方向)の画素j1〜j2の領域に撮像されている。   For example, in FIG. 6A, the distance A in the amplitude direction between one folding point 57R and the beam spot BS that has passed through the folding point 57R is about 12.5% of the amplitude E of the laser beam LB. Sometimes it is an image of the groove welded portion 16 imaged by the imaging device 21, and is imaged in the area of pixels i1 to i2 in the amplitude direction (left-right direction) and pixels j1 to j2 in the height direction (weld line direction). Yes.

また、図6(b)に示すように、P(i,j)を画素(i,j)の明るさとすると、   Further, as shown in FIG. 6B, if P (i, j) is the brightness of the pixel (i, j),



(1)式により、各画素列i1〜i2における画素j1〜j2の明るさの平均値f(i)が表される。


The average value f (i) of the brightness of the pixels j1 to j2 in each pixel column i1 to i2 is expressed by the expression (1).

また隣接する画素i+2〜i−2列において、
R(i)={f(i−2)+f(i−1)}−{f(i+1)+f(i+2)}…(2)式で表されるR(i)が、最大値となるiRに、右の開先壁32Rがあると判断する。
In adjacent pixels i + 2 to i-2 columns,
R (i) = {f (i−2) + f (i−1)} − {f (i + 1) + f (i + 2)} (iR in which R (i) represented by the equation (2) is the maximum value) It is determined that there is a right groove wall 32R.

また、図7(a)は、他方の折り返し点57Lとこの折り返し点57Lを通過したビームスポットBSとの振幅方向における距離AがレーザビームLBの振幅Eの約12.5%の値になったときの開先溶接部16の画像であり、前記と同様に、(1)式により、各画素列i1〜i2における画素j1〜j2の明るさの平均値f(i)が求められ(図7(b)参照)、
L(i)={f(i+2)+f(i+1)}−{f(i−1)+f(i−2)}…(3)式で表されるL(i)が、最大値となるiLに、左の開先壁32Lがあると判断する。
In FIG. 7A, the distance A in the amplitude direction between the other turning point 57L and the beam spot BS that has passed through the turning point 57L is about 12.5% of the amplitude E of the laser beam LB. In the same manner as described above, the average value f (i) of the brightness of the pixels j1 to j2 in each of the pixel columns i1 to i2 is obtained (FIG. 7). (See (b)),
L (i) = {f (i + 2) + f (i + 1)} − {f (i−1) + f (i−2)} (iL in which L (i) expressed by the equation (3) is the maximum value. It is determined that there is a left groove wall 32L.

さらに開先幅W=iR−iL、開先溶接部16の中心C=(iR+iL)/2で表される。
画像処理・判断部51では、上記画像処理により、開先溶接部16の開先壁32R,32Lの位置や開先幅W、開先溶接部16の開先中心Cが求められる。
Further, the groove width W = iR−iL and the center C of the groove welded portion 16 = (iR + iL) / 2.
In the image processing / determination unit 51, the position of the groove walls 32R and 32L of the groove welding part 16, the groove width W, and the groove center C of the groove welding part 16 are obtained by the above image processing.

以下、上記構成における作用を説明する。
制御装置41は以下のような制御を行う。
図5,図8に示すように、先ず、開先溶接部16の誤差を含まない正規の開先幅Wに対応する正規の振幅EでレーザビームLBのウイービングを開始する(S−1)。そして、ビームスポットBSが一方の折り返し点57Rを通過して折り返した後、折り返し点57RとビームスポットBSとの振幅方向における距離AがレーザビームLBの振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれているかを以下のようにして判断する(S−2)。すなわち前記S−2の判断はアドレスカウンタ設定値とR側シャッター設定値とが一致しているか否かに基づいて行われ、アドレスカウンタ設定値とR側シャッター設定値とが一致すれば、前記距離Aが前記振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれていると判断し、開先溶接部16を撮像装置21で撮像する(S−3)。
Hereinafter, the operation of the above configuration will be described.
The control device 41 performs the following control.
As shown in FIGS. 5 and 8, first, weaving of the laser beam LB is started with a normal amplitude E corresponding to a normal groove width W that does not include an error of the groove weld portion 16 (S-1). Then, after the beam spot BS has passed through one folding point 57R and folded, the distance A in the amplitude direction between the folding point 57R and the beam spot BS is within a range of 7% to 15% of the amplitude E of the laser beam LB. Whether it is included is determined as follows (S-2). That is, the determination in S-2 is made based on whether or not the address counter setting value and the R-side shutter setting value match, and if the address counter setting value and the R-side shutter setting value match, the distance It is determined that A is included in the range of 7% to 15% of the amplitude E, and the groove welding portion 16 is imaged by the imaging device 21 (S-3).

このとき、一方の開先壁32RとビームスポットBSとの間隔が一方の開先壁32Rと一方の折り返し点57Rとの間隔よりも大きいため、プラズマが、発光しながら、一方の開先壁32RとビームスポットBSとの間を、一方の開先壁32Rに沿って溶接ラインWLの長手方向前方Fへ流れる。このような現象により、図6(a)に示すように、ビームスポットBSから一方の開先壁32Rに沿って長手方向前方Fへ伝わるプラズマ光60が発生し、撮像装置21で開先溶接部16のビームスポットBSとプラズマ光60とを含む領域を撮像する。   At this time, since the gap between the one groove wall 32R and the beam spot BS is larger than the gap between the one groove wall 32R and the one folding point 57R, the one groove wall 32R is emitted while the plasma emits light. And the beam spot BS flow along the one groove wall 32R to the front F in the longitudinal direction of the welding line WL. Due to such a phenomenon, as shown in FIG. 6A, plasma light 60 transmitted from the beam spot BS along the one groove wall 32 </ b> R to the front F in the longitudinal direction is generated. A region including 16 beam spots BS and plasma light 60 is imaged.

そして、前述したように、画像処理・判断部51において、撮影された画像から光度の平均値f(i)を求め、図6(b)に示すように、溶接ラインWLに沿う画素列のうち、光度の大きい画素列をプラズマ光60と判断し、プラズマ光60の溶接ラインWLの外側で隣接する画素列の光度の勾配が大きい画素列R(i)を溶接開先部16の一方の開先壁32Rの位置と判断する(S−4)。   Then, as described above, the image processing / determination unit 51 obtains the average value f (i) of the luminous intensity from the captured image, and as shown in FIG. 6B, among the pixel columns along the welding line WL. The pixel row having a large luminous intensity is determined as the plasma light 60, and the pixel row R (i) having a large luminous intensity gradient of the adjacent pixel row outside the welding line WL of the plasma light 60 is opened on one side of the welding groove portion 16. The position of the front wall 32R is determined (S-4).

その後、前記S−2〜S−4と同様に、ビームスポットBSが反対側の他方の開先壁32Lを通過して折り返した場合、折り返し点57LとビームスポットBSとの振幅方向における距離AがレーザビームLBの振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれているかを以下のように判断する。すなわち、この判断はアドレスカウンタ設定値とL側シャッター設定値とが一致しているか否かに基づいて行われ、アドレスカウンタ設定値とL側シャッター設定値とが一致すれば、前記距離Aが前記振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれていると判断し、開先溶接部16を撮像装置21で撮像する。   Thereafter, similarly to S-2 to S-4, when the beam spot BS turns back through the other groove wall 32L on the opposite side, the distance A in the amplitude direction between the turning point 57L and the beam spot BS is Whether it is included in the range of 7% to 15% of the amplitude E of the laser beam LB is determined as follows. That is, this determination is made based on whether or not the address counter setting value matches the L-side shutter setting value. If the address counter setting value and the L-side shutter setting value match, the distance A is It is determined that it is included in the range of 7% to 15% of the amplitude E, and the groove welding portion 16 is imaged by the imaging device 21.

このとき、他方の開先壁32LとビームスポットBSとの間隔が他方の開先壁32Lと他方の折り返し点57Lとの間隔よりも大きいため、プラズマが、発光しながら、他方の開先壁32LとビームスポットBSとの間を、他方の開先壁32Lに沿って溶接ラインWLの長手方向前方Fへ流れる。このような現象により、図7(a)に示すように、ビームスポットBSから他方の開先壁32Lに沿って長手方向前方Fへ伝わるプラズマ光60が発生し、撮像装置21で開先溶接部16のビームスポットBSの光とプラズマ光60とを含む領域を撮像する。   At this time, since the distance between the other groove wall 32L and the beam spot BS is larger than the distance between the other groove wall 32L and the other folding point 57L, the other groove wall 32L while the plasma emits light. Between the beam spot BS and the beam spot BS along the other groove wall 32L to the front F in the longitudinal direction of the welding line WL. Due to such a phenomenon, as shown in FIG. 7A, plasma light 60 transmitted from the beam spot BS to the front F in the longitudinal direction along the other groove wall 32 </ b> L is generated, and the groove welding portion is formed in the imaging device 21. An area including the light of the 16 beam spots BS and the plasma light 60 is imaged.

そして、画像処理・判断部51において、撮影された画像から光度の平均値f(i)を求め、図7(b)に示すように、溶接ラインWLに沿う画素列のうち、光度の大きい画素列をプラズマ光60と判断し、プラズマ光60の溶接ラインWLの外側で隣接する画素列の光度の勾配が大きい画素列L(i)を溶接開先部16の他方の開先壁32Lの位置と判断する。   Then, the image processing / determination unit 51 obtains an average value f (i) of the luminous intensity from the photographed image, and, as shown in FIG. 7B, a pixel having a high luminous intensity in the pixel row along the welding line WL. The column is determined to be the plasma beam 60, and the pixel column L (i) having a large gradient of the luminous intensity of the adjacent pixel column outside the welding line WL of the plasma beam 60 is defined as the position of the other groove wall 32L of the weld groove 16. Judge.

このようにして検出された一方の開先壁32Rの位置と他方の開先壁32Lの位置とに基づいて開先溶接部16の開先幅Wと開先中心Cとを求め、求められた開先幅Wおよび開先中心Cに応じてレーザビームLBの振幅Eを補正し、補正された振幅EでビームスポットBSを揺動させて順次前記S−2〜S−5を繰り返しながら、開先溶接部16を溶接する。   The groove width W and the groove center C of the groove welded part 16 are obtained based on the position of the one groove wall 32R and the position of the other groove wall 32L detected in this manner. The amplitude E of the laser beam LB is corrected according to the groove width W and the groove center C, the beam spot BS is swung with the corrected amplitude E, and the above steps S-2 to S-5 are repeated in order. The pre-welded part 16 is welded.

これにより、両開先壁32R,32Lの位置を高精度で検出することができ、検出された両開先壁32R,32Lの位置に基づいて、開先幅Wと開先中心Cとを精度良く検出することができるため、加工の誤差や熱の影響等によって実際の開先幅Wの値が僅かに変化しても、検出された開先幅Wに基づいてウイービング駆動装置17を制御することにより、レーザビームLBの振幅Eを開先幅Wの変化に応じて精度良く補正(調整)することができる。   As a result, the positions of the groove walls 32R and 32L can be detected with high accuracy, and the groove width W and the groove center C are accurately determined based on the detected positions of the groove walls 32R and 32L. Since it can be detected well, the weaving driving device 17 is controlled on the basis of the detected groove width W even if the actual groove width W slightly changes due to processing errors or the influence of heat. Thus, the amplitude E of the laser beam LB can be accurately corrected (adjusted) in accordance with the change in the groove width W.

尚、図6は、一方の折り返し点57Rとこの折り返し点57Rを通過したビームスポットBSとの振幅方向における距離A(図5参照)がレーザビームLBの振幅Eの約12.5%の値になったときの開先溶接部16の画像であり、プラズマ光60が鮮明に写し出されている。   In FIG. 6, the distance A (see FIG. 5) between the one turning point 57R and the beam spot BS passing through the turning point 57R is a value of about 12.5% of the amplitude E of the laser beam LB. This is an image of the groove welded part 16 when it becomes, and the plasma light 60 is clearly projected.

これに対して、参考例として、図9は、前記距離Aが0の場合すなわちビームスポットBSが一方の折り返し点57Rに移動したときの開先溶接部16の画像であり、プラズマ光60の発生は明確には認められず、このため、プラズマ光60に基づいて一方の開先壁32Rの位置を高精度で検出することは困難である。   On the other hand, as a reference example, FIG. 9 is an image of the groove weld 16 when the distance A is 0, that is, when the beam spot BS moves to one folding point 57R. Therefore, it is difficult to detect the position of one groove wall 32R with high accuracy based on the plasma light 60.

また、別の参考例として、図10は、前記距離AがレーザビームLBの振幅Eの約25%の値になったときの開先溶接部16の画像であり、この場合においてもプラズマ光60の発生はほとんど認められず、このため、プラズマ光60に基づいて一方の開先壁32Rの位置を高精度で検出することは困難である。   As another reference example, FIG. 10 is an image of the groove welded portion 16 when the distance A becomes a value of about 25% of the amplitude E of the laser beam LB. Therefore, it is difficult to detect the position of one groove wall 32R with high accuracy based on the plasma light 60.

尚、図6,図7,図9,図10に示した画像に関する溶接条件は、レーザ出力:6000W、溶接速度:200mm/秒、レーザ光揺動周波数:20Hzであり、撮影条件は、使用カメラ:Photonfocus製 MV1-D1312-160-CL(モノクロCMOSカメラ)、撮影速度:13.3frames/秒、露光時間:0.2ms、外部照明は無しである。   The welding conditions relating to the images shown in FIGS. 6, 7, 9, and 10 are laser output: 6000 W, welding speed: 200 mm / second, laser oscillation frequency: 20 Hz, and the imaging conditions are the camera used. : Photonfocus MV1-D1312-160-CL (monochrome CMOS camera), shooting speed: 13.3 frames / second, exposure time: 0.2 ms, no external illumination.

さらに、図11〜図21は、前記距離A(図5参照)がレーザビームLBの振幅Eの5.9%〜17.7%の値になったときの開先溶接部16の画像である。これによると、図13〜図18に示す画像は、前記距離AがレーザビームLBの振幅Eの7.1%、7.8%、8.5%、9.2%、13.1%、14.9%の値である場合であり、一方の開先壁32Rに沿ってプラズマ光60が発生しているのが認められる。これに対して、残りの図11、図12、図19〜図21に示す画像は、前記距離AがレーザビームLBの振幅Eの5.9%、6.5%、15.8%、16.7%、17.7%の値である場合であり、プラズマ光60の発生が認められない。このようなことから、前記距離AがレーザビームLBの振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれている場合、プラズマ光60が発生していると考えられる。   Further, FIGS. 11 to 21 are images of the groove weld 16 when the distance A (see FIG. 5) is a value of 5.9% to 17.7% of the amplitude E of the laser beam LB. . According to this, in the images shown in FIGS. 13 to 18, the distance A is 7.1%, 7.8%, 8.5%, 9.2%, 13.1% of the amplitude E of the laser beam LB, This is a case where the value is 14.9%, and it is recognized that the plasma light 60 is generated along one groove wall 32R. In contrast, in the remaining images shown in FIGS. 11, 12, and 19 to 21, the distance A is 5.9%, 6.5%, 15.8%, 16 of the amplitude E of the laser beam LB. The values are 0.7% and 17.7%, and the generation of the plasma light 60 is not recognized. For this reason, it is considered that the plasma light 60 is generated when the distance A is included in the range of 7% to 15% of the amplitude E of the laser beam LB.

尚、図11〜図21に示した画像に関する溶接条件は、レーザ出力:6000W、溶接速度:150mm/秒、レーザ光揺動周波数:20Hzであり、撮影条件は、使用カメラ:ナックイメージテクノロジー社GX−8(ハイスピードカメラ)、撮影速度:5000frames/秒、外部照明:40W半導体レーザ(波長940nm)であり、撮影時に940nm付近を透過波長とするバンドパスフィルタを使用した。   The welding conditions relating to the images shown in FIGS. 11 to 21 are laser output: 6000 W, welding speed: 150 mm / sec, laser light oscillation frequency: 20 Hz, and the shooting conditions are: Camera used: NAC Image Technology GX -8 (high speed camera), photographing speed: 5000 frames / second, external illumination: 40 W semiconductor laser (wavelength 940 nm), and a bandpass filter having a transmission wavelength near 940 nm was used during photographing.

(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を図22〜図25に基づいて説明する。
先に説明した第1の実施の形態では、図6,図7に示すように、画像処理・判断部51は、ビームスポットBSとプラズマ光60との撮像画像に基づいて開先壁32R,32Lの位置を判断しているが、第2の実施の形態では、図22,図23に示すように、画像処理・判断部51は、ビームスポットBSよりも長手方向前方Fで且つビームスポットBSを含まないがプラズマ光60を含む画像領域63を選択し、この画像領域63の画像に基づいて、第1の実施の形態と同様に、光度の勾配から開先溶接部16の開先壁32R,32Lの位置を判断する。尚、画像領域63は図22,図23に示した白線で囲まれた長方形の領域である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment described above, as shown in FIGS. 6 and 7, the image processing / judgment unit 51 has groove walls 32 </ b> R and 32 </ b> L based on the captured images of the beam spot BS and the plasma light 60. However, in the second embodiment, as shown in FIGS. 22 and 23, the image processing / determination unit 51 sets the beam spot BS in the longitudinal direction F from the beam spot BS. An image region 63 that does not include the plasma light 60 is selected. Based on the image of the image region 63, the groove wall 32R of the groove weld 16 is determined from the gradient of the luminous intensity, as in the first embodiment. The position of 32L is determined. The image area 63 is a rectangular area surrounded by a white line shown in FIGS.

これによると、第1の実施の形態のものと同様な効果が得られ、特に、図22(a),図23(a)に示すように画像領域63はビームスポットBSを含んでいないため、図22(b),図23(b)に示すように、画像領域63の画像から得られる光度のグラフは、ビームスポットBSの光度がほとんど含まれず、大部分がプラズマ光60のみの光度になるため、開先壁32R,32Lの位置を高精度で判断することができる。   According to this, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and in particular, as shown in FIGS. 22A and 23A, the image region 63 does not include the beam spot BS. As shown in FIG. 22B and FIG. 23B, the luminous intensity graph obtained from the image in the image area 63 hardly includes the luminous intensity of the beam spot BS, and most of the luminous intensity is only the plasma light 60. Therefore, the positions of the groove walls 32R and 32L can be determined with high accuracy.

また、何らかの外的要因等によって万一、ビームスポットBSが一方の開先壁32Rから外側へはみ出した場合であっても、一方の開先壁32Rに沿ってプラズマ光60が発生していれば、ビームスポットBSの光の影響を除外し、画像領域63内のプラズマ光60の光度の勾配に基づいて、一方の開先壁32Rの位置を高精度で判断することができる。また、他方の開先壁32Lの位置についても同様に高精度で判断することができる。   Even if the beam spot BS protrudes outward from one groove wall 32R due to some external factor or the like, the plasma light 60 is generated along the one groove wall 32R. The influence of the light of the beam spot BS is excluded, and the position of one groove wall 32R can be determined with high accuracy based on the gradient of the luminous intensity of the plasma light 60 in the image region 63. Similarly, the position of the other groove wall 32L can be determined with high accuracy.

尚、第1の実施の形態では、ビームスポットBSとプラズマ光60との両者の光度の勾配に基づいて、一方の開先壁32Rの位置を検出しているため、何らかの外的要因等によってビームスポットBSが一方の開先壁32Rから外側へはみ出した場合、光度の勾配が大きくなる画素位置が実際の一方の開先壁32Rの位置よりも外側にずれてしまうことがあり、一方の開先壁32Rの位置の検出精度が低下する虞がある。尚、このことは他方の開先壁32Lの位置を検出する場合についても同様である。   In the first embodiment, since the position of one groove wall 32R is detected based on the gradient of the luminous intensity of both the beam spot BS and the plasma light 60, the beam is caused by some external factor. When the spot BS protrudes outward from one of the groove walls 32R, the pixel position where the light intensity gradient increases may be shifted outward from the actual position of the one groove wall 32R. There is a possibility that the detection accuracy of the position of the wall 32R is lowered. This also applies to the case where the position of the other groove wall 32L is detected.

図22は、一方の折り返し点57Rとこの折り返し点57Rを通過したビームスポットBSとの振幅方向における距離A(図5参照)がレーザビームLBの振幅Eの約12.5%の値になったときの開先溶接部16の画像であり、画像領域63内にプラズマ光60が鮮明に写し出されている。   In FIG. 22, the distance A (see FIG. 5) between the one turning point 57R and the beam spot BS passing through the turning point 57R is about 12.5% of the amplitude E of the laser beam LB. This is an image of the groove weld 16 at the time, and the plasma light 60 is clearly projected in the image region 63.

これに対して、参考例として、図24は、前記距離Aが0の場合すなわちビームスポットBSが一方の折り返し点57Rに移動したときの開先溶接部16の画像であり、画像領域63内においてプラズマ光60は明確には認められない。   On the other hand, as a reference example, FIG. 24 is an image of the groove weld 16 when the distance A is 0, that is, when the beam spot BS moves to one folding point 57R. The plasma light 60 is not clearly recognized.

また、別の参考例として、図25は、前記距離AがレーザビームLBの振幅Eの約25%の値になったときの開先溶接部16の画像であり、この場合も画像領域63内においてプラズマ光60の発生は明確には認められない。   As another reference example, FIG. 25 is an image of the groove welded portion 16 when the distance A is about 25% of the amplitude E of the laser beam LB. However, the generation of the plasma light 60 is not clearly recognized.

尚、図22〜図25に示した画像に関する溶接条件は、レーザ出力:6000W、溶接速度:200mm/秒、レーザ光揺動周波数:20Hzであり、撮影条件は、使用カメラ:Photonfocus製 MV1-D1312-160-CL(モノクロCMOSカメラ)、撮影速度:13.3frames/秒、露光時間:0.2ms、外部照明は無しである。   The welding conditions relating to the images shown in FIGS. 22 to 25 are laser output: 6000 W, welding speed: 200 mm / second, laser oscillation frequency: 20 Hz, and the shooting conditions are the camera used: MV1-D1312 manufactured by Photonfocus -160-CL (monochrome CMOS camera), shooting speed: 13.3 frames / second, exposure time: 0.2 ms, no external illumination.

前記各実施の形態では、図5に示すように、ビームスポットBSが折り返し点57R,57Lを通過した後、折り返し点57RとビームスポットBSとの距離Aを指標とし、この距離AがレーザビームLBの振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれている場合、開先溶接部16を撮像装置21で撮像しているが、距離Aの代りに時間を指標とし、ビームスポットBSが折り返し点57R,57Lを通過してから所定時間が経過した時に開先溶接部16を撮像装置21で撮像してもよい。   In each of the above-described embodiments, as shown in FIG. 5, after the beam spot BS passes through the folding points 57R and 57L, the distance A between the folding point 57R and the beam spot BS is used as an index, and this distance A is the laser beam LB. In the case of being included in the range of 7% to 15% of the amplitude E, the groove weld 16 is imaged by the imaging device 21, but the beam spot BS is turned back using time instead of the distance A as an index. The groove weld 16 may be imaged by the imaging device 21 when a predetermined time has elapsed after passing through the points 57R and 57L.

尚、画像に関する溶接条件および撮影条件については、前記各実施の形態に記載した具体例に限らず、レーザ溶接装置や撮像装置21の性能等に応じて、プラズマ光60を鮮明に撮像することができる最適な溶接条件および撮影条件を適宜選択すればよい。また、図5に示した距離AがレーザビームLBの振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれる場合に撮像するという条件は、実施の形態1および実施の形態2に示した溶接条件および撮影条件において、開先壁32R,32Lに沿って伸びるプラズマ光60を鮮明に撮像したものであり、他の溶接条件および撮影条件においてプラズマ光60を鮮明に撮像することができるのであれば、距離AがレーザビームLBの振幅Eの7%〜15%の範囲内に含まれていない場合や、ビームスポットBSがウイービング波形の山部又は谷部の近傍位置にある時点であっても、開先溶接部16のプラズマ光60を撮像して、その画像から開先溶接部16の開先壁32R,32Lの位置を判断して開先幅Wおよび開先中心Cを求めることもできる。   In addition, about the welding conditions and imaging | photography conditions regarding an image, not only the specific example described in said each embodiment but the plasma light 60 can be imaged clearly according to the performance of a laser welding apparatus or the imaging device 21, etc. What is necessary is just to select the optimal welding conditions and imaging | photography conditions which can be performed suitably. Further, the conditions for imaging when the distance A shown in FIG. 5 is included in the range of 7% to 15% of the amplitude E of the laser beam LB are the welding conditions shown in the first and second embodiments. In the imaging conditions, the plasma light 60 extending along the groove walls 32R and 32L is clearly imaged. If the plasma light 60 can be clearly imaged in other welding conditions and imaging conditions, Even when the distance A is not within the range of 7% to 15% of the amplitude E of the laser beam LB, or when the beam spot BS is at a position near the peak or valley of the weaving waveform, the distance A It is also possible to obtain the groove width W and the groove center C by imaging the plasma light 60 of the pre-welded part 16 and judging the positions of the groove walls 32R and 32L of the groove weld part 16 from the image.

また、前記各実施の形態では、図1に示すように、撮像装置21を用いて、レーザビームLBの光軸Ovから開先溶接部16の画像を撮像しているが、開先溶接部16が観察可能であれば、光軸Ov以外から撮像することも可能である。   In each of the above-described embodiments, as shown in FIG. 1, the image of the groove welded portion 16 is captured from the optical axis Ov of the laser beam LB using the imaging device 21. Can be observed from other than the optical axis Ov.

また、前記各実施の形態では、図5に示すように、ビームスポットBSを、溶接ラインに直交する方向に山部と谷部を有する波形状にウイービングさせているが、例えば、円を描きながら前方Fに移動させるウイービングや、或いは、∞記号を描きながら前方Fに移動させるウイービングであっても、適宜撮像の条件を設定することで監視可能である。   Further, in each of the above embodiments, as shown in FIG. 5, the beam spot BS is weaved into a wave shape having a peak and a valley in a direction orthogonal to the welding line. Even a weaving that moves to the front F or a weaving that moves to the front F while drawing an ∞ symbol can be monitored by appropriately setting imaging conditions.

また、撮像装置21による画像は、レーザ溶接時に発生する可視光から近赤外領域程度の波長の範囲で、溶接条件に応じて適宜選択すればよく、偏向フィルターなどのフィルターを通して撮像することもできる。   The image by the imaging device 21 may be selected as appropriate according to the welding conditions in the wavelength range from visible light to near-infrared region generated during laser welding, and can also be captured through a filter such as a deflection filter. .

14 反射ミラー(ウイービング用ミラー)
16 開先溶接部
17 ウイービング用駆動装置
21 撮像装置
32R,32L 開先壁
41 制御装置
42 操作出力部
51 画像処理・判断部
57R,57L 折り返し点
60 プラズマ光
63 画像領域
BS ビームスポット
C 開先中心
E レーザビームの振幅
LB レーザビーム
Oh,Ov 光軸
W 開先幅
WL 溶接ライン
14 Reflection mirror (mirror for weaving)
16 Groove welded portion 17 Weaving drive device 21 Imaging device 32R, 32L Groove wall 41 Control device 42 Operation output unit 51 Image processing / judgment unit 57R, 57L Turn-around point 60 Plasma light 63 Image region BS Beam spot C Groove center E Laser beam amplitude LB Laser beam Oh, Ov Optical axis W Groove width WL Welding line

Claims (6)

開先溶接部を監視しながら開先溶接部の溶接ラインに沿って溶接するレーザ溶接装置であって、
レーザビームの光軸上に揺動自在に配置されたウイービング用ミラーと、
当該ウイービング用ミラーを揺動させてビームスポットを、山部と谷部を有する形状にウイービングさせるウイービング駆動装置と、
前記開先溶接部の画像を撮像する撮像装置と、
前記ウイービング駆動装置にウイービング波形信号を出力するとともに、前記撮像装置に撮像トリガー信号を出力する操作出力部および画像処理・判断部を有する制御装置と、を具備し、
前記撮像トリガー信号に基づいて操作される前記撮像装置は、ビームスポットが前記山部又は谷部の近傍位置にあり、且つビームスポットから開先溶接部の開先壁に沿って前方に伸びるプラズマ光を撮像し、
前記画像処理・判断部は、前記プラズマ光を含む画像から開先溶接部の開先壁の位置を判断して開先幅および開先中心を求める
ことを特徴とする開先部監視装置を有するレーザ溶接装置。
A laser welding apparatus for welding along a weld line of a groove weld while monitoring the groove weld,
A weaving mirror disposed on the optical axis of the laser beam so as to freely swing;
A weaving driving device that swings the weaving mirror to weave the beam spot into a shape having a peak and a valley; and
An imaging device that captures an image of the groove weld;
A control device having an operation output unit and an image processing / determination unit that outputs a weaving waveform signal to the weaving driving device and outputs an imaging trigger signal to the imaging device;
The imaging device operated based on the imaging trigger signal has a beam spot in the vicinity of the peak or valley, and plasma light extending forward from the beam spot along the groove wall of the groove weld. Image
The image processing / determination unit has a groove portion monitoring device that determines a groove width and a groove center by determining a position of a groove wall of a groove welding portion from the image including the plasma light. Laser welding equipment.
操作出力部は、ビームスポットが前記山部又は谷部の折り返し点を通過した位置から、ウイービングの振幅の7%から15%の範囲内を移動している時に撮像装置のシャッタが駆動されるように撮像トリガー信号を出力する
ことを特徴とする請求項1記載の開先部監視装置を有するレーザ溶接装置。
The operation output unit drives the shutter of the imaging apparatus when the beam spot moves within the range of 7% to 15% of the amplitude of the weaving from the position where the beam spot passes through the turning point of the peak or valley. An imaging trigger signal is output to the laser welding apparatus having a groove portion monitoring device according to claim 1.
画像処理・判断部は、撮像画像のビームスポットよりも前方で且つビームスポットを含まないがプラズマ光を含む画像領域を選択し、この画像領域に基づいて開先壁の位置を判断する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の開先部監視装置を有するレーザ溶接装置。
The image processing / determination unit selects an image area that is ahead of the beam spot of the captured image and does not include the beam spot but includes plasma light, and determines the position of the groove wall based on the image area. A laser welding apparatus comprising the groove monitoring device according to claim 1.
画像処理・判断部は、溶接ラインに沿う画素列のうち、光度の大きい画素列をプラズマ光と判断し、プラズマ光の溶接ラインの外側で隣接する画素列の光度の勾配が大きい画素列を開先壁と判断する
ことを特徴とする請求項3記載の開先部監視装置を有するレーザ溶接装置。
The image processing / determination unit determines that a pixel column having a high luminous intensity among the pixel columns along the welding line is plasma light, and opens a pixel column having a large luminous intensity gradient between adjacent pixel columns outside the plasma light welding line. It is judged that it is a front wall. The laser welding apparatus which has a groove part monitoring apparatus of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
光軸に沿って照射されたレーザビームを、ウイービング用ミラーを介して開先溶接部に照射し、前記ウイービング用ミラーを揺動させて開先溶接部に照射されるビームスポットを、山部と谷部を有する形状にウイービングさせ、
ビームスポットが前記山部又は谷部の近傍位置で、且つビームスポットから開先溶接部の開先壁に沿って前方に伸びるプラズマ光を撮像し、
前記プラズマ光を含む画像から開先溶接部の開先壁の位置を判断して開先幅および開先中心を求める
ことを特徴とするレーザ溶接装置の開先部監視方法。
A laser beam irradiated along the optical axis is irradiated to a groove welded portion through a weaving mirror, and a beam spot irradiated to the groove welded portion by swinging the weaving mirror is defined as a peak portion. Weaving into a shape with a valley,
A beam spot is imaged in the vicinity of the peak or valley and the plasma light extending forward from the beam spot along the groove wall of the groove weld,
A groove part monitoring method for a laser welding apparatus, wherein a groove width and a groove center are obtained by determining a position of a groove wall of a groove weld part from an image including the plasma light.
ビームスポットが前記山部又は谷部の折り返し点を通過した位置から、ウイービングの振幅の7%から15%の範囲内を移動している時に、プラズマ光を撮像する
ことを特徴とする請求項5記載のレーザ溶接装置の開先部監視方法。
6. The plasma light is imaged when a beam spot is moving within a range of 7% to 15% of the amplitude of the weaving from a position where the beam spot passes through the turning point of the peak or valley. The groove part monitoring method of the laser welding apparatus of description.
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