JP6452507B2 - Laser welding equipment - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ溶接装置に関するものである。   The present invention relates to a laser welding apparatus.

レーザ溶接には、熱源としてレーザ光線を用いるので、他方式の溶接に比べて高速深溶込みが可能など、様々な長所がある。この反面、レーザ溶接には、レーザ光線のためのデリケートな光学系の構成部材が必要になる。このような光学系の構成部材としては、レーザ光線を集光させる集光レンズ、および、この集光レンズを保護する保護カバーなどがある。この保護カバーは、集光レンズとレーザ溶接がされている部分との間に配置されることにより、レーザ溶接により飛散したスパッタが集光レンズに付着することを防止するものである。また、保護カバーは、集光レンズとレーザ溶接がされている部分との間に配置されることから、レーザ光線を透過させるためにガラスなどの透光材料で構成される。このため、保護カバーに一定量以上のスパッタが付着すると、レーザ光線に熱せられた当該スパッタが保護カバーを溶融し、その結果として保護カバーが損傷することになる。   Laser welding uses a laser beam as a heat source, and thus has various advantages such as high-speed deep penetration compared to other types of welding. On the other hand, a delicate optical system component for a laser beam is necessary for laser welding. As a component member of such an optical system, there are a condensing lens for condensing a laser beam and a protective cover for protecting the condensing lens. The protective cover is disposed between the condensing lens and the portion where laser welding is performed, thereby preventing spatter scattered by laser welding from adhering to the condensing lens. Moreover, since the protective cover is disposed between the condensing lens and the portion where laser welding is performed, the protective cover is made of a light-transmitting material such as glass in order to transmit the laser beam. For this reason, when a certain amount or more of spatter adheres to the protective cover, the sputter heated by the laser beam melts the protective cover, resulting in damage to the protective cover.

このような保護カバーを適切に監視するレーザ溶接装置として、保護カバー(保護ガラス)を監視する監視カメラが別途設けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。この監視カメラは、保護カバーを撮像する専用のものであるから、当然ながら保護カバーに焦点を合わせている。この特許文献1に記載のレーザ溶接装置は、この監視カメラに撮像された画像と基準の画像とを比較することにより、保護カバーの損傷を検知するものである。   As a laser welding apparatus for appropriately monitoring such a protective cover, there is one in which a monitoring camera for monitoring the protective cover (protective glass) is separately provided (see, for example, Patent Document 1). Since this surveillance camera is dedicated for imaging the protective cover, it naturally focuses on the protective cover. The laser welding apparatus described in Patent Document 1 detects damage to the protective cover by comparing an image captured by the monitoring camera with a reference image.

特許第5504679号公報Japanese Patent No. 5504679

しかしながら、上記特許文献1に記載のレーザ溶接装置では、監視カメラに撮像された保護カバーの画像と基準の画像とを比較するので、レーザ溶接に影響を与えない程度のスパッタが保護カバーに付着した場合でも、保護カバーの損傷として検知することになる。これを防ぐために、上記レーザ溶接装置における上記比較の基準を緩めると、保護カバーの損傷が生じても、これを検知できない場合も起こり得る。いずれにせよ、上記レーザ溶接装置には、別途の監視カメラが必要なので、装置構成が複雑になる。   However, in the laser welding apparatus described in Patent Document 1, since the image of the protective cover captured by the monitoring camera is compared with the reference image, spatters that do not affect laser welding adhere to the protective cover. Even in this case, it will be detected as damage to the protective cover. In order to prevent this, if the reference for comparison in the laser welding apparatus is loosened, it may happen that even if the protective cover is damaged, this cannot be detected. In any case, the laser welding apparatus requires a separate monitoring camera, which complicates the apparatus configuration.

そこで、本発明は、保護カバーの損傷を高精度に検知し得るレーザ溶接装置を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the laser welding apparatus which can detect the damage of a protective cover with high precision.

上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係るレーザ溶接装置は、被溶接物に形成された開先にレーザ溶接するためのレーザ光線を出力するレーザ発振機と、このレーザ発振機からのレーザ光線を上記開先に揺動させながら照射するレーザヘッドと、上記レーザ発振機およびレーザヘッドを制御する制御手段とを備えるレーザ溶接装置であって、
上記レーザヘッドが、上記レーザ光線を集光する集光レンズと、この集光レンズを保護する保護カバーと、上記被溶接物に焦点を合わせて撮像する撮像部とを有し、
上記制御手段が、上記撮像部に撮像された画像から上記保護カバーの損傷を検知するものであり、
上記制御手段が、
撮像部に撮像された画像を上記開先の幅方向であるi軸方向と当該開先の長さ方向であるj軸方向とのメッシュに区分けするメッシュ設定部と、
このメッシュ設定部により区分けされたメッシュの輝度をi軸方向のメッシュごとにj軸方向に積算することで、i軸方向における上記輝度の関数を算出するj軸積算部と、
このj軸積算部により算出された上記関数に基づいて上記開先の端部を検出する開先検出部と、
上記j軸積算部により算出された上記関数をi軸方向に積算することで、全メッシュの輝度の総和を算出するi軸積算部と、
このi軸積算部より算出された上記総和が閾値以上であれば上記保護カバーに損傷ありと検知する異常判定部とを有するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a laser welding apparatus according to claim 1 of the present invention includes a laser oscillator that outputs a laser beam for laser welding to a groove formed on a workpiece, and a laser oscillator A laser welding apparatus comprising: a laser head that irradiates the laser beam while oscillating the laser beam to the groove; and a control unit that controls the laser oscillator and the laser head,
The laser head has a condenser lens that condenses the laser beam, a protective cover that protects the condenser lens, and an imaging unit that focuses and images the workpiece.
It said control means state, and are not to detect damage to the protective cover from the image captured in the imaging unit,
The control means is
A mesh setting unit that divides an image captured by the imaging unit into meshes of an i-axis direction that is the width direction of the groove and a j-axis direction that is the length direction of the groove;
A j-axis integrating unit that calculates a function of the luminance in the i-axis direction by integrating the luminance of the mesh divided by the mesh setting unit in the j-axis direction for each mesh in the i-axis direction;
A groove detecting unit that detects an end of the groove based on the function calculated by the j-axis integrating unit;
An i-axis integrating unit that calculates the sum of the luminances of all meshes by integrating the functions calculated by the j-axis integrating unit in the i-axis direction;
If the sum calculated by the i-axis integrating unit is equal to or greater than a threshold value, an abnormality determining unit that detects that the protective cover is damaged is provided.

また、本発明の請求項に係るレーザ溶接装置は、被溶接物に形成された開先にレーザ溶接するためのレーザ光線を出力するレーザ発振機と、このレーザ発振機からのレーザ光線を上記開先に揺動させながら照射するレーザヘッドと、上記レーザ発振機およびレーザヘッドを制御する制御手段とを備えるレーザ溶接装置であって、
上記レーザヘッドが、上記レーザ光線を集光する集光レンズと、この集光レンズを保護する保護カバーと、上記被溶接物に焦点を合わせて撮像する撮像部とを有し、
上記制御手段が、上記撮像部に撮像された画像から上記保護カバーの損傷を検知するものであり、
上記制御手段が、
撮像部に撮像された画像を上記開先の幅方向であるi軸方向と当該開先の長さ方向であるj軸方向とのメッシュに区分けするメッシュ設定部と、
このメッシュ設定部により区分けされたメッシュの輝度をi軸方向のメッシュごとにj軸方向に積算することで、i軸方向における上記輝度の関数を算出するj軸積算部と、
このj軸積算部により算出された上記関数に基づいて上記開先の端部を検出する開先検出部と、
上記j軸積算部により算出された上記関数をi軸方向に積算することで、全メッシュの輝度の総和を算出するi軸積算部と、
このi軸積算部より算出された上記総和を所定時間ごとに記憶していく記憶部と、
上記i軸積算部および記憶部から上記総和の所定時間における差を算出する差分部と、
この差分部により算出された差が閾値以上であれば上記保護カバーに損傷ありと検知する損傷検知部とを有するものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser welding apparatus for outputting a laser beam for laser welding to a groove formed in a workpiece, and a laser beam from the laser oscillator. A laser welding apparatus comprising: a laser head that irradiates while oscillating the groove; and a control means for controlling the laser oscillator and the laser head,
The laser head has a condenser lens that condenses the laser beam, a protective cover that protects the condenser lens, and an imaging unit that focuses and images the workpiece.
The control means detects damage of the protective cover from the image captured by the imaging unit;
The control means is
A mesh setting unit that divides an image captured by the imaging unit into meshes of an i-axis direction that is the width direction of the groove and a j-axis direction that is the length direction of the groove;
A j-axis integrating unit that calculates a function of the luminance in the i-axis direction by integrating the luminance of the mesh divided by the mesh setting unit in the j-axis direction for each mesh in the i-axis direction;
A groove detecting unit that detects an end of the groove based on the function calculated by the j-axis integrating unit;
An i-axis integrating unit that calculates the sum of the luminances of all meshes by integrating the functions calculated by the j-axis integrating unit in the i-axis direction;
A storage unit that stores the total calculated by the i-axis integrating unit at predetermined time intervals;
A difference unit that calculates a difference of the total in a predetermined time from the i-axis integrating unit and the storage unit;
If the difference calculated by the difference unit is equal to or greater than the threshold value, the protective cover includes a damage detection unit that detects that the protective cover is damaged.

さらに、本発明の請求項に係るレーザ溶接装置は、請求項1または2に記載のレーザ溶接装置における制御手段が、撮像部に撮像された画像からメッシュ設定部によりメッシュに区分けされるための画像を抽出する画像抽出部を有し、
上記画像抽出部により抽出される画像が、レーザヘッドからのレーザ光線が集光レンズに集光されたレーザスポットを常に含む領域とする/常に含まない領域とするものである。
Furthermore, in the laser welding apparatus according to claim 3 of the present invention, the control means in the laser welding apparatus according to claim 1 or 2 is used to divide the image into the mesh by the mesh setting unit from the image captured by the imaging unit. An image extraction unit for extracting an image;
The image extracted by the image extraction unit is an area that always includes / does not always include a laser spot in which the laser beam from the laser head is focused on the condenser lens.

さらに、本発明の請求項に係るレーザ溶接装置は、請求項に記載のレーザ溶接装置において、画像抽出部により抽出される画像が、複数であるものである。 Furthermore, the laser welding apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the laser welding apparatus according to the third aspect , wherein a plurality of images are extracted by the image extraction unit.

上記請求項1に記載のレーザ溶接装置によると、焦点が保護カバーに合わされないで撮像された画像から保護カバーの損傷を検知するので、保護カバーの損傷を高精度に検知することができる。さらに、焦点が保護カバーに合わされないで撮像された画像をメッシュに区分けし、全メッシュの輝度から算出される総和に基づいて保護カバーの損傷を検知するので、保護カバーの損傷を高精度に検知することができる。また、開先の端部を検出するための画像と、保護カバーの損傷を検知するための画像とが1つの撮像部で撮像されるので、装置構成を簡素にすることができる。 According to the laser welding apparatus of the first aspect, since damage to the protective cover is detected from an image captured without being focused on the protective cover, damage to the protective cover can be detected with high accuracy. In addition, the image captured without being focused on the protective cover is divided into meshes, and damage to the protective cover is detected based on the sum calculated from the brightness of all meshes. can do. In addition, since an image for detecting the edge of the groove and an image for detecting damage to the protective cover are captured by one imaging unit, the apparatus configuration can be simplified.

上記請求項2に記載のレーザ溶接装置によると、焦点が保護カバーに合わされないで撮像された画像から保護カバーの損傷を検知するので、保護カバーの損傷を高精度に検知することができる。さらに、焦点が保護カバーに合わされないで撮像された画像をメッシュに区分けし、全メッシュの輝度から算出される総和の所定時間における差に基づいて保護カバーの損傷を検知するので、保護カバーの損傷を高精度に検知することができる。また、開先の端部を検出するための画像と、保護カバーの損傷を検知するための画像とが1つの撮像部で撮像されるので、装置構成を簡素にすることができる。
According to the laser welding apparatus of the second aspect, since the damage of the protective cover is detected from the image captured without being focused on the protective cover, the damage of the protective cover can be detected with high accuracy. Furthermore , the image captured without focusing on the protective cover is divided into meshes, and the protective cover damage is detected based on the difference in the total time calculated from the brightness of all meshes at a given time. Can be detected with high accuracy. In addition, since an image for detecting the edge of the groove and an image for detecting damage to the protective cover are captured by one imaging unit, the apparatus configuration can be simplified.

本発明の実施の形態に係るレーザ溶接装置を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing a laser welding apparatus concerning an embodiment of the invention. 同レーザ溶接装置の画像処理判断部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the image process judgment part of the laser welding apparatus. 同レーザ溶接装置の撮像部により撮像される対象を示す図である。It is a figure which shows the object imaged by the imaging part of the laser welding apparatus. 同画像処理判断部の画像抽出部により抽出された画像と、これに対応するメッシュおよび関数f(i)とを示す図である。It is a figure which shows the image extracted by the image extraction part of the image processing judgment part, the mesh corresponding to this, and function f (i). 保護カバーの溶融が始まる前における同撮像部により撮像された画像である。It is the image imaged by the imaging part before melting | fusing of a protective cover begins. 保護カバーの溶融が始まってから150msec後における同撮像部により撮像された画像である。It is the image imaged by the imaging part 150 msec after melting | fusing of a protective cover started. 保護カバーの溶融が始まってから300msec後における同撮像部により撮像された画像である。It is the image imaged by the imaging part 300 msec after melting | fusing of a protective cover started. 保護カバーの溶融が始まってから450msec後における同撮像部により撮像された画像である。It is the image imaged by the imaging part 450 msec after melting | fusing of a protective cover started. 保護カバーの溶融が始まってから600msec後における同撮像部により撮像された画像である。It is the image imaged by the image pick-up part 600 msec after melting | fusing of a protective cover started. 保護カバーの溶融が始まってから750msec後における同撮像部により撮像された画像である。It is the image imaged by the imaging part 750 msec after melting | fusing of a protective cover started. 保護カバーの溶融が始まってから1500msec後における同撮像部により撮像された画像である。It is the image imaged by the imaging part after 1500 msec from the start of melting of the protective cover. 同画像処理判断部の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the image processing judgment part. 同画像処理判断部のさらに他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the further another example of the image processing judgment part. 同画像抽出部により抽出される画像の領域に関する他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example regarding the area | region of the image extracted by the image extraction part.

以下、本発明の実施の形態に係るレーザ溶接装置について図面に基づき説明する。
このレーザ溶接装置は、図1に示すように、母材(被溶接物)1に形成された開先9にレーザ溶接するためのレーザ光線(COレーザまたはYAGレーザなど)20を出力するレーザ発振機11と、このレーザ発振機11からのレーザ光線20を上記開先9に揺動させながら照射するレーザヘッド12とを備える。また、上記レーザ溶接装置10は、これらレーザ発振機11およびレーザヘッド12を制御する制御手段14も備える。上記レーザ溶接装置10では、適切なレーザ溶接のために、当該レーザ溶接がされている部分の監視と、レーザヘッド12に生じた不具合の検知とが必要とされる。このため、上記レーザ溶接装置10は、上記レーザ溶接がされている部分の画像を映し出すとともに、レーザヘッド12に不具合が生じた場合に警報を発する表示警報器13も備える。このレーザヘッド12の不具合とは、詳しくは後述するが、レーザヘッド12を構成する保護カバー26の損傷である。この損傷は、主として、レーザ溶接により飛散したスパッタが保護カバー26に付着することで生ずる。なお、上記制御手段14は、上記レーザ発振機11およびレーザヘッド12を制御するだけでなく、上記レーザ溶接装置10と協働する溶接ロボット制御装置も制御するものである。この溶接ロボット装置は、上記レーザ光線20が上記開先9の長さ方向Lに進行するように、上記レーザ溶接装置10および/または母材1を適切な方向および速度で移動させるものである。
Hereinafter, a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the laser welding apparatus outputs a laser beam (CO 2 laser or YAG laser) 20 for laser welding to a groove 9 formed in a base material (workpiece) 1. An oscillator 11 and a laser head 12 that irradiates the laser beam 20 from the laser oscillator 11 while oscillating the groove 9 are provided. The laser welding apparatus 10 also includes control means 14 for controlling the laser oscillator 11 and the laser head 12. In the laser welding apparatus 10, in order to perform appropriate laser welding, it is necessary to monitor a portion where the laser welding is performed and to detect a defect occurring in the laser head 12. For this reason, the laser welding apparatus 10 also includes a display alarm device 13 for displaying an image of the portion where the laser welding is performed and for issuing an alarm when a problem occurs in the laser head 12. The malfunction of the laser head 12 is, as will be described in detail later, damage to the protective cover 26 constituting the laser head 12. This damage is mainly caused by spatter scattered by laser welding adhering to the protective cover 26. The control means 14 not only controls the laser oscillator 11 and the laser head 12 but also controls a welding robot control device that cooperates with the laser welding device 10. The welding robot apparatus moves the laser welding apparatus 10 and / or the base material 1 at an appropriate direction and speed so that the laser beam 20 travels in the length direction L of the groove 9.

以下、上記レーザ溶接装置10の詳細な構成について説明する。
[レーザヘッド12]
上記レーザヘッド12は、図1に示すように、上記レーザ光線20の発振元から発振先の順に、上記レーザ光線20を内部に導入するファイバーケーブル21およびコリメーションレンズ22と、上記レーザ光線20を上記開先9の方向に反射する反射ミラー(ウィービング用ミラー)23と、上記レーザ光線20が開先9の幅方向Wに揺動するように上記反射ミラー23を駆動するウィービング駆動機24と、上記レーザ光線20を集光する集光レンズ25と、この集光レンズ25を保護する保護カバー(保護ガラスなど)26とを有する。なお、上記レーザヘッド12は、必要に応じて、上記レーザ溶接がされている部分を照らし出すために、図示しないが照明用光源および照明用ダイクロイックミラーを有する。
Hereinafter, a detailed configuration of the laser welding apparatus 10 will be described.
[Laser head 12]
As shown in FIG. 1, the laser head 12 includes a fiber cable 21 and a collimation lens 22 for introducing the laser beam 20 into the laser beam 20 in the order from the oscillation source to the oscillation destination of the laser beam 20, and the laser beam 20 into the laser beam 20. A reflection mirror (weaving mirror) 23 that reflects in the direction of the groove 9; a weaving drive 24 that drives the reflection mirror 23 so that the laser beam 20 swings in the width direction W of the groove 9; A condensing lens 25 that condenses the laser beam 20 and a protective cover (protective glass or the like) 26 that protects the condensing lens 25 are provided. The laser head 12 includes an illumination light source and an illumination dichroic mirror (not shown) in order to illuminate the laser welded portion as necessary.

上記レーザヘッド12は、図1に示すように、撮像部(例えばカメラである)27と、この撮像部27に上記レーザ溶接がされている部分を反射させる撮像用ダイクロイックミラー28と、上記撮像用ダイクロイックミラー28と撮像部27との間に配置されて当該撮像部27に不要な波長の光を遮断するフィルタ29とを有する。この撮像用ダイクロイックミラー28は、上記反射ミラー23と上記集光レンズ25との間に配置されて、上記レーザ光線20は反射させずに透過させるものである。なお、図示しないが、レーザヘッド12は、必要に応じて、上記レーザ溶接がされている部分と保護カバー26との間でエアを噴出させるエアノズルを有する。このエアノズルは、噴出させるエアにより、レーザ溶接により飛散したスパッタが保護カバー26に付着しないようにするものである。   As shown in FIG. 1, the laser head 12 includes an imaging unit (for example, a camera) 27, an imaging dichroic mirror 28 that reflects the laser welded portion of the imaging unit 27, and the imaging unit. The filter 29 is disposed between the dichroic mirror 28 and the imaging unit 27 and blocks light having an unnecessary wavelength in the imaging unit 27. The imaging dichroic mirror 28 is disposed between the reflection mirror 23 and the condenser lens 25, and transmits the laser beam 20 without reflecting it. Although not shown, the laser head 12 has an air nozzle that ejects air between the laser welded portion and the protective cover 26 as necessary. This air nozzle prevents spatter scattered by laser welding from adhering to the protective cover 26 by the air to be ejected.

上記撮像部27は、その焦点を上記保護カバー26ではなく上記レーザ溶接がされている部分に合わせたものである。このため、撮像された画像の中で焦点が合わされた部分、つまり上記レーザ溶接がされている部分は、鮮明であるから、溶接状態の監視に適する。一方で、撮像された画像の中で焦点が合わされていない部分、つまり保護カバー26の部分は、損傷がある場合、当該損傷により上記レーザ光線20から生ずる保護カバー26の発光が広い範囲で撮像部27に捉えられる。これにより、上記損傷がスパッタの付着により生ずる微小なものであっても撮像部27に捉えられるので、上記制御手段14による上記損傷の検知に適する。   The imaging unit 27 focuses on the portion where the laser welding is performed instead of the protective cover 26. For this reason, the focused portion in the captured image, that is, the portion where the laser welding is performed is clear, and is suitable for monitoring the welding state. On the other hand, when a portion that is not focused in the captured image, that is, a portion of the protective cover 26 is damaged, the image capturing unit emits light from the laser beam 20 due to the damage in a wide range. 27. As a result, even if the damage is minute, which is caused by the adhesion of spatter, is captured by the imaging unit 27, it is suitable for the detection of the damage by the control means 14.

[表示警報器13]
上記表示警報器13は、図1に示すように、上記撮像部27により撮像された画像を表示する画像出力部31と、上記制御手段14が保護カバー26の損傷を検知すると警報を発する警報部38とを有する。上記画像出力部31は、図3に示すような上記画像を表示するだけでなく、上記画像のデータを制御手段14に発信するものでもある。図3に示すように、撮像される対象には、集光されたレーザ光線20であるレーザスポット2と、開先9に送り込まれるフィラーワイヤ3と、開先9での溶融部分4とが含まれる。
[Display alarm 13]
As shown in FIG. 1, the display alarm device 13 includes an image output unit 31 that displays an image captured by the imaging unit 27, and an alarm unit that issues an alarm when the control unit 14 detects damage to the protective cover 26. 38. The image output unit 31 not only displays the image as shown in FIG. 3 but also transmits the image data to the control means 14. As shown in FIG. 3, the object to be imaged includes a laser spot 2 that is a focused laser beam 20, a filler wire 3 that is fed into the groove 9, and a molten portion 4 at the groove 9. It is.

[制御手段14]
上記制御手段14は、図1に示すように、上記画像出力部31から画像のデータを受信して処理および判断する画像処理判断部45と、この画像処理判断部45による処理および判断の結果に基づき上記レーザ発振機11および溶接ロボット制御装置を操作する操作出力部41と、この操作出力部41から操作の信号によりウィービング駆動機24を制御するウィービング制御部44とを有する。上記操作出力部41は、上記画像処理判断部45からの上記結果の信号により、上記レーザ発振機11および溶接ロボット制御装置を適切に操作するとともに、上記開先9の幅に応じた振幅でウィービング駆動機24にレーザ光線20を揺動させるものである。
[Control means 14]
As shown in FIG. 1, the control unit 14 receives an image data from the image output unit 31, processes and determines the image processing determination unit 45, and the processing and determination result of the image processing determination unit 45 An operation output unit 41 for operating the laser oscillator 11 and the welding robot control device based on the above, and a weaving control unit 44 for controlling the weaving drive unit 24 by an operation signal from the operation output unit 41. The operation output unit 41 appropriately operates the laser oscillator 11 and the welding robot control device according to the signal of the result from the image processing determination unit 45 and performs weaving with an amplitude corresponding to the width of the groove 9. The laser beam 20 is swung by the drive unit 24.

以下、本発明の要旨である上記画像処理判断部45のさらに詳細な構成について図2に基づき説明する。
上記画像処理判断部45は、図2に示すように、上記画像出力部31から受信した画像のデータから必要な画像を抽出する画像抽出部51と、この画像抽出部51により抽出された画像をi軸およびj軸のメッシュに区分けするijメッシュ設定部52とが具備される。図3に示すように、上記画像抽出部51により抽出される画像5は、上記撮像部27により撮像された画像のうち、レーザ光線20の上記揺動にもかかわらず、常にレーザスポット2を含まない領域である。図4に示すように、上記ijメッシュ設定部52で区分けされるメッシュにおいて、i軸が開先9の幅方向W(レーザ光線20の揺動する方向)とされ、j軸が開先9の長さ方向L(レーザ光線20の進行する方向)とされる。
Hereinafter, a more detailed configuration of the image processing determination unit 45, which is the gist of the present invention, will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the image processing determination unit 45 extracts an image extraction unit 51 that extracts a necessary image from the image data received from the image output unit 31, and the image extracted by the image extraction unit 51. and an ij mesh setting unit 52 for dividing into i-axis and j-axis meshes. As shown in FIG. 3, the image 5 extracted by the image extraction unit 51 always includes the laser spot 2 in the image captured by the imaging unit 27 regardless of the oscillation of the laser beam 20. There is no area. As shown in FIG. 4, in the mesh classified by the ij mesh setting unit 52, the i axis is the width direction W of the groove 9 (the direction in which the laser beam 20 swings), and the j axis is the groove 9. The length direction is L (the direction in which the laser beam 20 travels).

上記画像処理判断部45は、図2に示すように、上記ijメッシュ設定部52から区分けされた各メッシュの輝度p(i,j)のデータを受信するj軸積算部53が具備される。このj軸積算部53は、図4に示すように、各メッシュの輝度p(i,j)をj軸方向に積算することで、輝度のi軸方向における関数f(i)を算出するものである。ここで、区分けされたメッシュにおいて、jの最小値を1、jの最大値をJとすると、上記関数f(i)は次の式(1)で表される。   As shown in FIG. 2, the image processing determination unit 45 includes a j-axis integration unit 53 that receives data of luminance p (i, j) of each mesh divided from the ij mesh setting unit 52. As shown in FIG. 4, the j-axis integrating unit 53 calculates a function f (i) of luminance in the i-axis direction by integrating the luminance p (i, j) of each mesh in the j-axis direction. It is. Here, in the divided mesh, if the minimum value of j is 1 and the maximum value of j is J, the function f (i) is expressed by the following equation (1).

上記画像処理判断部45は、図2に示すように、上記j軸積算部53から上記関数f(i)のデータを受信する開先検出部54およびi軸積算部55が具備される。この開先検出部54は、上記関数f(i)のi軸方向における傾斜がそれぞれ極大および極小になる箇所を、図1および図3に示す上記開先9の2つの端部9Eとして検出するものである。上記i軸積算部55は、上記関数f(i)をi軸方向に積算することで、上記抽出された画像5における全メッシュの輝度p(i,j)の総和を算出するものである。この総和は時刻tに依存する値であるから、上記総和を以下では総和値F(t)という。ここで、区分けされたメッシュにおいて、iの最小値を1、iの最大値をIとすると、上記総和値F(t)は次の式(2)で表される。 As shown in FIG. 2, the image processing determination unit 45 includes a groove detection unit 54 and an i-axis integration unit 55 that receive data of the function f (i) from the j-axis integration unit 53. The groove detecting unit 54 detects, as the two end portions 9E of the groove 9 shown in FIGS. 1 and 3, a point where the inclination of the function f (i) in the i-axis direction is maximum and minimum, respectively. Is. The i-axis integrating unit 55 calculates the sum of the luminances p (i, j) of all meshes in the extracted image 5 by integrating the function f (i) in the i-axis direction. Since this sum is a value depending on the time t, the sum is hereinafter referred to as a sum value F (t). Here, in the divided mesh, if the minimum value of i is 1 and the maximum value of i is I, the total value F (t) is expressed by the following equation (2).

上記画像処理判断部45は、図2に示すように、上記i軸積算部55から上記総和値F(t)のデータを受信する異常判定部56が具備される。この異常判定部56は、上記i軸積算部55で得られた上記総和値F(t)が閾値以上であれば、上記保護カバー26に損傷ありと検知するものである。また、上記異常判定部56は、上記保護カバー26に損傷ありと検知すると、上記操作出力部41に非常停止のための信号を送信するとともに、上記警報部38に警報を発するための信号を送信するものである。 As shown in FIG. 2, the image processing determination unit 45 includes an abnormality determination unit 56 that receives data of the total value F (t) from the i-axis integration unit 55. The abnormality determination unit 56 detects that the protective cover 26 is damaged if the total value F (t) obtained by the i-axis integration unit 55 is equal to or greater than a threshold value. Further, when the abnormality determination unit 56 detects that the protective cover 26 is damaged, the abnormality determination unit 56 transmits a signal for emergency stop to the operation output unit 41 and transmits a signal for issuing an alarm to the alarm unit 38. To do.

以下、上記レーザ溶接装置10を使用したレーザ溶接方法について説明する。
図1に示すように、このレーザ溶接方法として、レーザ発振機11から出力されたレーザ光線20が、レーザヘッド12により開先9の幅方向Wに揺動されながら当該開先9に照射される。このレーザ溶接がされている部分は、撮像部27により撮像されることで、撮像された画像が表示警報器13に表示される。
Hereinafter, a laser welding method using the laser welding apparatus 10 will be described.
As shown in FIG. 1, as this laser welding method, a laser beam 20 output from a laser oscillator 11 is irradiated to the groove 9 while being swung in the width direction W of the groove 9 by a laser head 12. . The laser welded portion is imaged by the imaging unit 27, and the captured image is displayed on the display alarm device 13.

図3に示す撮像された画像は、画像抽出部51により必要な画像5が抽出される。この抽出された画像5は、図4に示すように、ijメッシュ設定部52によりメッシュに区分けされる。この区分けされたメッシュの輝度p(i,j)からj軸積算部53により関数f(i)が算出され、この関数f(i)から開先検出部54により開先9の2つの端部9Eが検出される。一方で、関数f(i)からi軸積算部55により総和値F(t)が算出される。この総和値F(t)から異常判定部56により保護カバー26に損傷ありか否かが判定される。具体的には、異常判定部56により、i軸積算部55で算出された総和値F(t)が閾値以上であれば、上記保護カバー26に損傷ありと検知される。このように検知されると、操作出力部41により、レーザ発振機11および溶接ロボット制御装置が非常停止するとともに、ウィービング制御部44を介してウィービング駆動機24が非常停止する。一方で、損傷検知部58により、表示警報器13の警報部38が警報を発する。   The necessary image 5 is extracted by the image extraction unit 51 from the captured image shown in FIG. The extracted image 5 is divided into meshes by the ij mesh setting unit 52 as shown in FIG. A function f (i) is calculated by the j-axis integrating unit 53 from the brightness p (i, j) of the divided mesh, and the two ends of the groove 9 are calculated by the groove detecting unit 54 from the function f (i). 9E is detected. On the other hand, the total value F (t) is calculated by the i-axis integrating unit 55 from the function f (i). Whether or not the protective cover 26 is damaged is determined by the abnormality determination unit 56 from the total value F (t). Specifically, if the total value F (t) calculated by the i-axis integrating unit 55 is equal to or greater than a threshold value, the abnormality determining unit 56 detects that the protective cover 26 is damaged. When detected in this way, the operation output unit 41 causes the laser oscillator 11 and the welding robot control device to stop emergency, and the weaving drive unit 24 stops emergency via the weaving control unit 44. On the other hand, the alarm detector 38 of the display alarm device 13 issues an alarm by the damage detector 58.

ここで、損傷検知部58により検知される保護カバー26の損傷について説明する。
上記レーザ溶接がされている部分では、スパッタが飛散する。これらスパッタの殆どはエアノズルから噴出されるエアにより保護カバー26に付着しないが、一部は保護カバー26に付着することもある。保護カバー26に付着したスパッタは、保護カバー26を通過するレーザ光線20により熱せられることになる。このため、保護カバー26に付着したスパッタが一定量以上になると、レーザ光線20により熱せられたスパッタが保護カバー26を溶融していき、その結果、保護カバー26が損傷する。
Here, the damage of the protective cover 26 detected by the damage detection unit 58 will be described.
Spatter is scattered at the portion where the laser welding is performed. Most of these spatters do not adhere to the protective cover 26 due to the air ejected from the air nozzle, but some may adhere to the protective cover 26. The spatter adhering to the protective cover 26 is heated by the laser beam 20 passing through the protective cover 26. For this reason, when the amount of spatter adhering to the protective cover 26 exceeds a certain amount, the sputter heated by the laser beam 20 melts the protective cover 26, and as a result, the protective cover 26 is damaged.

撮像部27により撮像された実際の画像であって保護カバー26の損傷に至るまでを図5〜図11に示す。図5〜図11に示すのは、熱せられたスパッタにより保護カバー26の溶融が始まってから、それぞれ0msec,150msec,300msec,450msec,600msec,750msec,1500msec経過した状態の画像である。上述のように撮像部27の焦点が保護カバー26に合わされていないので、これら図6〜図11で白く見える部分が、保護カバー26の損傷により上記レーザ光線20から生ずる保護カバー26の発光が広がった部分である。この部分を含む画像は、保護カバー26に焦点を合わせて撮像された画像に比べて、上記異常判定部56による上記損傷の検知に一層適する。   FIGS. 5 to 11 show an actual image captured by the imaging unit 27 until the protective cover 26 is damaged. 5 to 11 show images in a state in which 0 msec, 150 msec, 300 msec, 450 msec, 600 msec, 750 msec, and 1500 msec have elapsed since the melting of the protective cover 26 started by heated sputtering, respectively. As described above, since the focus of the imaging unit 27 is not focused on the protective cover 26, the portions that appear white in FIG. 6 to FIG. 11 spread light emission of the protective cover 26 generated from the laser beam 20 due to damage of the protective cover 26. Part. An image including this portion is more suitable for the detection of the damage by the abnormality determination unit 56 than an image captured with the protective cover 26 in focus.

このように、上記レーザ溶接装置10によると、撮像部27の焦点が保護カバー26に合わされないで撮像された画像をメッシュに区分けし、全メッシュの輝度から算出される総和値に基づいて保護カバー26の損傷を検知するので、保護カバー26の損傷を高精度に検知することができる。また、開先9の端部9Eを検出するための画像5と、保護カバー26の損傷を検知するための画像5とが1つの撮像部27で撮像されるので、装置構成を簡素にすることができる。   As described above, according to the laser welding apparatus 10, an image captured without the focus of the imaging unit 27 being focused on the protective cover 26 is divided into meshes, and the protective cover is based on the total value calculated from the luminance of all the meshes. Since the damage of 26 is detected, the damage of the protective cover 26 can be detected with high accuracy. Further, since the image 5 for detecting the end portion 9E of the groove 9 and the image 5 for detecting damage to the protective cover 26 are imaged by one imaging unit 27, the apparatus configuration is simplified. Can do.

ところで、上記実施の形態では、画像抽出部51について説明したが、これは必須の構成ではなく、抽出されるべき画像5のみを撮像するのであれば画像抽出部51が不要となる。   In the above embodiment, the image extraction unit 51 has been described. However, this is not an essential configuration, and the image extraction unit 51 is not necessary if only the image 5 to be extracted is captured.

また、上記実施の形態では、ijメッシュ設定部52およびj軸積算部53が、開先9の端部9Eを検出するためと、保護カバー26の損傷を検知するためとの両方に用いられるとして説明したが、これに限定されるものではない。具体的には、図12に示すように、画像処理判断部45が、開先9の端部9Eを検出するために第1ijメッシュ設定部52aおよび第1j軸積算部53aを具備し、保護カバー26の損傷を検知するために第2ijメッシュ設定部52bおよび第2j軸積算部53bを具備してもよい。   In the above embodiment, the ij mesh setting unit 52 and the j-axis integrating unit 53 are used both for detecting the end 9E of the groove 9 and for detecting damage to the protective cover 26. Although described, the present invention is not limited to this. Specifically, as shown in FIG. 12, the image processing determination unit 45 includes a first ij mesh setting unit 52a and a first j-axis integrating unit 53a to detect the end 9E of the groove 9, and includes a protective cover. In order to detect 26 damage, a second ij mesh setting unit 52b and a second j-axis integrating unit 53b may be provided.

さらに、上記実施の形態では、異常判断部56により総和値F(t)に基づいて保護カバー26の損傷を検知するとして説明したが、総和値の所定時間Δtにおける差に基づいて保護カバー26の損傷を検知するものであってもよい。具体的には、図13に示すように、上記画像処理判断部45は、上記異常判定部56の代わりに、上記i軸積算部55から上記総和値F(t)のデータを受信する記憶部59および差分部57と、損傷検知部58とが具備される。この記憶部59は、上記i軸積算部55で得られた上記総和値F(t)を所定時間Δtごとに記憶するものである。上記差分部57は、上記i軸積算部55で算出された現時刻tでの総和値F(t)と、上記記憶部59に記憶された現時刻tから所定時間Δt前の総和値F(t−Δt)との差ΔFを算出するものである。上記損傷検知部58は、上記差分部57により算出された差ΔFが閾値以上であれば、上記保護カバー26に損傷ありと検知するものである。また、上記損傷検知部58は、上記保護カバー26に損傷ありと検知すると、上記操作出力部41に非常停止のための信号を送信するとともに、上記警報部38に警報を発するための信号を送信するものである。   Furthermore, in the above-described embodiment, the abnormality determination unit 56 has been described as detecting damage to the protective cover 26 based on the total value F (t), but based on the difference of the total value in the predetermined time Δt, It may be one that detects damage. Specifically, as shown in FIG. 13, the image processing determination unit 45 receives the data of the total value F (t) from the i-axis integration unit 55 instead of the abnormality determination unit 56. 59, the difference part 57, and the damage detection part 58 are comprised. The storage unit 59 stores the total value F (t) obtained by the i-axis integrating unit 55 every predetermined time Δt. The difference unit 57 includes the total value F (t) at the current time t calculated by the i-axis integration unit 55 and the total value F (t) a predetermined time Δt before the current time t stored in the storage unit 59. Difference ΔF with respect to (t−Δt) is calculated. The damage detection unit 58 detects that the protective cover 26 is damaged if the difference ΔF calculated by the difference unit 57 is greater than or equal to a threshold value. Further, when the damage detection unit 58 detects that the protective cover 26 is damaged, the damage detection unit 58 transmits a signal for emergency stop to the operation output unit 41 and a signal for generating an alarm to the alarm unit 38. To do.

加えて、上記実施の形態では、画像抽出部51により抽出される画像5は常にレーザスポット2を含まない領域であるとして説明したが、常にレーザスポット2を含む領域であってもよい。画像抽出部51により抽出される画像5が、常にレーザスポット2を含むまたは含まないことにより、保護カバー26の損傷がない状態において、上記総和値が所定時間により変化しにくくなる。なぜなら、逆に、画像抽出部51により抽出される画像5が時間によってレーザスポット2を含むことがある場合、レーザスポット2を含む時間における画像5での総和値が高く、レーザスポット2を含まない時間における画像5での総和値が低くなる。このため、この場合、現時刻tでの画像5がレーザスポット2を含み、現時刻tから所定時間Δt前での画像5がレーザスポット2を含まないと、保護カバー26の損傷がなくても、総和値の所定時間Δtにおける差ΔFが大きくなることにより、保護カバー26に損傷ありと検知され得るからである。したがって、画像抽出部51により抽出される画像5が、常にレーザスポット2を含むまたは含まないことにより、保護カバー26の損傷がない状態において、上記総和値が所定時間により変化しにくくなるので、保護カバー26の損傷をより高精度に検知することができる。   In addition, in the above embodiment, the image 5 extracted by the image extraction unit 51 has been described as an area that does not always include the laser spot 2, but may be an area that always includes the laser spot 2. Since the image 5 extracted by the image extraction unit 51 always includes or does not include the laser spot 2, the total value is less likely to change over a predetermined time in a state where the protective cover 26 is not damaged. Because, on the contrary, when the image 5 extracted by the image extraction unit 51 may include the laser spot 2 depending on the time, the total value in the image 5 at the time including the laser spot 2 is high and does not include the laser spot 2. The total value of the image 5 in time becomes low. Therefore, in this case, if the image 5 at the current time t includes the laser spot 2 and the image 5 before the predetermined time Δt from the current time t does not include the laser spot 2, the protective cover 26 is not damaged. This is because it is possible to detect that the protective cover 26 is damaged by increasing the difference ΔF of the total value at the predetermined time Δt. Therefore, since the image 5 extracted by the image extraction unit 51 always includes or does not include the laser spot 2, the total value is less likely to change over a predetermined time in a state where the protective cover 26 is not damaged. Damage to the cover 26 can be detected with higher accuracy.

また、上記実施の形態では、画像抽出部51により抽出される画像5は1つの領域であることを前提に説明したが、図14に示すように複数5A〜5Eであってもよい。これにより、保護カバー26の損傷を検知する信頼性が向上する。また、画像抽出部51により抽出される画像5は、図3および図14に示すものに限定されない。この場合、抽出される画像5の位置および数は、開先9の形状、母材1の板厚およびエアノズルの配置など、レーザ溶接の条件により適宜選択される。   Moreover, although the said embodiment demonstrated on the assumption that the image 5 extracted by the image extraction part 51 was one area | region, as shown in FIG. 14, multiple 5A-5E may be sufficient. Thereby, the reliability which detects the damage of the protective cover 26 improves. Moreover, the image 5 extracted by the image extraction part 51 is not limited to what is shown in FIG. 3 and FIG. In this case, the position and number of the images 5 to be extracted are appropriately selected according to the laser welding conditions such as the shape of the groove 9, the thickness of the base material 1, and the arrangement of the air nozzles.

1 母材
9 開先
10 レーザ溶接装置
11 レーザ発振機
12 レーザヘッド
14 制御手段
20 レーザ光線
23 反射ミラー
24 ウィービング駆動機
25 集光レンズ
26 保護カバー
27 撮像部
52 ijメッシュ設定部
54 開先検出部
55 i軸積算部
57 差分部
58 損傷検知部
59 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 9 Groove 10 Laser welding apparatus 11 Laser oscillator 12 Laser head 14 Control means 20 Laser beam 23 Reflection mirror 24 Weaving drive machine 25 Condensing lens 26 Protective cover 27 Imaging part 52 ij mesh setting part 54 Groove detection part 55 i-axis integration unit 57 difference unit 58 damage detection unit 59 storage unit

Claims (4)

被溶接物に形成された開先にレーザ溶接するためのレーザ光線を出力するレーザ発振機と、このレーザ発振機からのレーザ光線を上記開先に揺動させながら照射するレーザヘッドと、上記レーザ発振機およびレーザヘッドを制御する制御手段とを備えるレーザ溶接装置であって、
上記レーザヘッドが、上記レーザ光線を集光する集光レンズと、この集光レンズを保護する保護カバーと、上記被溶接物に焦点を合わせて撮像する撮像部とを有し、
上記制御手段が、上記撮像部に撮像された画像から上記保護カバーの損傷を検知するものであり、
上記制御手段が、
撮像部に撮像された画像を上記開先の幅方向であるi軸方向と当該開先の長さ方向であるj軸方向とのメッシュに区分けするメッシュ設定部と、
このメッシュ設定部により区分けされたメッシュの輝度をi軸方向のメッシュごとにj軸方向に積算することで、i軸方向における上記輝度の関数を算出するj軸積算部と、
このj軸積算部により算出された上記関数に基づいて上記開先の端部を検出する開先検出部と、
上記j軸積算部により算出された上記関数をi軸方向に積算することで、全メッシュの輝度の総和を算出するi軸積算部と、
このi軸積算部より算出された上記総和が閾値以上であれば上記保護カバーに損傷ありと検知する異常判定部とを有することを特徴とするレーザ溶接装置。
A laser oscillator that outputs a laser beam for laser welding to a groove formed on a workpiece, a laser head that irradiates the laser beam from the laser oscillator while oscillating the groove, and the laser A laser welding apparatus comprising a control means for controlling an oscillator and a laser head,
The laser head has a condenser lens that condenses the laser beam, a protective cover that protects the condenser lens, and an imaging unit that focuses and images the workpiece.
It said control means state, and are not to detect damage to the protective cover from the image captured in the imaging unit,
The control means is
A mesh setting unit that divides an image captured by the imaging unit into meshes of an i-axis direction that is the width direction of the groove and a j-axis direction that is the length direction of the groove;
A j-axis integrating unit that calculates a function of the luminance in the i-axis direction by integrating the luminance of the mesh divided by the mesh setting unit in the j-axis direction for each mesh in the i-axis direction;
A groove detecting unit that detects an end of the groove based on the function calculated by the j-axis integrating unit;
An i-axis integrating unit that calculates the sum of the luminances of all meshes by integrating the functions calculated by the j-axis integrating unit in the i-axis direction;
A laser welding apparatus comprising: an abnormality determining unit that detects that the protective cover is damaged if the total calculated by the i-axis integrating unit is equal to or greater than a threshold value .
被溶接物に形成された開先にレーザ溶接するためのレーザ光線を出力するレーザ発振機と、このレーザ発振機からのレーザ光線を上記開先に揺動させながら照射するレーザヘッドと、上記レーザ発振機およびレーザヘッドを制御する制御手段とを備えるレーザ溶接装置であって、
上記レーザヘッドが、上記レーザ光線を集光する集光レンズと、この集光レンズを保護する保護カバーと、上記被溶接物に焦点を合わせて撮像する撮像部とを有し、
上記制御手段が、上記撮像部に撮像された画像から上記保護カバーの損傷を検知するものであり、
上記制御手段が、
撮像部に撮像された画像を上記開先の幅方向であるi軸方向と当該開先の長さ方向であるj軸方向とのメッシュに区分けするメッシュ設定部と、
このメッシュ設定部により区分けされたメッシュの輝度をi軸方向のメッシュごとにj軸方向に積算することで、i軸方向における上記輝度の関数を算出するj軸積算部と、
このj軸積算部により算出された上記関数に基づいて上記開先の端部を検出する開先検出部と、
上記j軸積算部により算出された上記関数をi軸方向に積算することで、全メッシュの輝度の総和を算出するi軸積算部と、
このi軸積算部より算出された上記総和を所定時間ごとに記憶していく記憶部と、
上記i軸積算部および記憶部から上記総和の所定時間における差を算出する差分部と、
この差分部により算出された差が閾値以上であれば上記保護カバーに損傷ありと検知する損傷検知部とを有することを特徴とするレーザ溶接装置。
A laser oscillator that outputs a laser beam for laser welding to a groove formed on a workpiece, a laser head that irradiates the laser beam from the laser oscillator while oscillating the groove, and the laser A laser welding apparatus comprising a control means for controlling an oscillator and a laser head,
The laser head has a condenser lens that condenses the laser beam, a protective cover that protects the condenser lens, and an imaging unit that focuses and images the workpiece.
It said control means state, and are not to detect damage to the protective cover from the image captured in the imaging unit,
The control means is
A mesh setting unit that divides an image captured by the imaging unit into meshes of an i-axis direction that is the width direction of the groove and a j-axis direction that is the length direction of the groove;
A j-axis integrating unit that calculates a function of the luminance in the i-axis direction by integrating the luminance of the mesh divided by the mesh setting unit in the j-axis direction for each mesh in the i-axis direction;
A groove detecting unit that detects an end of the groove based on the function calculated by the j-axis integrating unit;
An i-axis integrating unit that calculates the sum of the luminances of all meshes by integrating the functions calculated by the j-axis integrating unit in the i-axis direction;
A storage unit that stores the total calculated by the i-axis integrating unit at predetermined time intervals;
A difference unit that calculates a difference of the total in a predetermined time from the i-axis integrating unit and the storage unit;
A laser welding apparatus , comprising: a damage detection unit that detects that the protective cover is damaged if the difference calculated by the difference unit is equal to or greater than a threshold value .
制御手段が、撮像部に撮像された画像からメッシュ設定部によりメッシュに区分けされるための画像を抽出する画像抽出部を有し、
上記画像抽出部により抽出される画像が、レーザヘッドからのレーザ光線が集光レンズに集光されたレーザスポットを常に含む領域とする/常に含まない領域とすることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ溶接装置。
The control means has an image extraction unit that extracts an image to be divided into meshes by the mesh setting unit from the image captured by the imaging unit,
Image extracted by the image extracting unit, according to claim 1 laser beam from the laser head, characterized in that a region not including always includes a region that / always focused laser spot to the condensing lens or 2. The laser welding apparatus according to 2.
画像抽出部により抽出される画像が、複数であることを特徴とする請求項に記載のレーザ溶接装置。 The laser welding apparatus according to claim 3 , wherein a plurality of images are extracted by the image extraction unit.
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