KR20210027051A - 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210027051A
KR20210027051A KR1020200064993A KR20200064993A KR20210027051A KR 20210027051 A KR20210027051 A KR 20210027051A KR 1020200064993 A KR1020200064993 A KR 1020200064993A KR 20200064993 A KR20200064993 A KR 20200064993A KR 20210027051 A KR20210027051 A KR 20210027051A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
melt pool
laser
welding
thermal imaging
key hole
Prior art date
Application number
KR1020200064993A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102304925B1 (ko
Inventor
황동수
조용준
황슬우
Original Assignee
모니텍주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 모니텍주식회사 filed Critical 모니텍주식회사
Publication of KR20210027051A publication Critical patent/KR20210027051A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102304925B1 publication Critical patent/KR102304925B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B23K31/125—Weld quality monitoring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/707—Auxiliary equipment for monitoring laser beam transmission optics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템은, 다수의 금속을 용접하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저를 수신하여 레이저 빔을 만들어서 상기 다수의 금속의 경계선에 조사하는 스캐너; 상기 스캐너로부터 상기 다수의 금속의 경계선에 조사되는 레이저 빔에 의해 발생하는 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분을 촬영하는 고속 열화상 카메라; 상기 고속 열화상 카메라로 촬영된 영상에서 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분까지 일직선으로 연결하는 제1 용접선을 저장하는 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 제1 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 상기 스캐너를 제어하는 레이저 용접기 컨트롤러를 포함한다.

Description

고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템 및 방법{A laser welding monitoring system and its method by using high speed infrared thermal image camera}
본 발명은 레이저 용접 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
적외선 열화상 카메라로 촬영되는 이미지로 용접 상태를 모니터링하는 선행특허는 존재하지만, 용접되는 다수의 금속의 경계면을 트래킹하는 구성은 게시하지 않는다.
본 발명은 레이저 용접시에 열화상 카메라로 촬영되고 있는 용접중인 다수의 금속의 경계면을 추적하는 레이저 용접 모니터링 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
맞대기 용접을 위한 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템은, 다수의 금속을 용접하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저를 수신하여 레이저 빔을 만들어서 상기 다수의 금속의 경계선에 조사하는 스캐너; 상기 스캐너로부터 상기 다수의 금속의 경계선에 조사되는 레이저 빔에 의해 발생하는 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분을 촬영하는 고속 열화상 카메라; 상기 고속 열화상 카메라로 촬영된 영상에서 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분까지 일직선으로 연결하는 제1 용접선을 저장하는 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 제1 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 상기 스캐너를 제어하는 레이저 용접기 컨트롤러를 포함한다.
또한, 필렛 용접을 위한 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템은, 다수의 금속을 용접하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저를 수신하여 레이저 빔을 만들어서 상기 다수의 금속의 경계선에서 일정한 간격으로 이격하여 주사하는 스캐너; 상기 스캐너로부터 상기 다수의 금속의 경계선에서 상기 일정한 간격으로 이격하여 주사되는 레이저 빔에 의해 발생하는 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분을 촬영하는 고속 열화상 카메라; 상기 고속 열화상 카메라로 촬영된 영상에서, 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분에서 일정한 간격으로 이격된 위치까지 일직선으로 연결하는, 제2 용접선을 저장하는 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 제2 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 상기 스캐너를 제어하는 레이저 용접기 컨트롤러를 포함한다.
또한, 맞대기 용접을 위한 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 방법은, 고속 열화상 카메라로부터 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분의 영상을 입력하는 단계; 상기 입력되는 영상에서 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분의 일측 가장자리까지 일직선으로 연결하는 제1 용접선을 메모리에 저장하는 단계; 상기 메모리에 저장된 상기 제1 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 스캐너를 제어하는 단계; 및 용접이 완료될 때까지 상기 단계를 순서대로 반복하는 단계를 포함한다.
또한, 필렛 용접을 위한 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 방법은, 고속 열화상 카메라로부터 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분의 영상을 입력하는 단계; 상기 입력되는 영상에서, 상기 key hole의 중심으로부터 melt pool 외부의 저온부분에서 일정한 간격으로 이격된 위치까지 일직선으로 연결하는, 제2 용접선을 메모리에 저장하는 단계; 상기 메모리에 저장된 상기 제2 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 스캐너를 제어하는 단계; 및 용접이 완료될 때까지 상기 단계를 순서대로 반복하는 단계를 포함한다.
본 발명의 레이저 용접 모니터링 시스템 및 그 방법은, 레이저 용접시에 열화상 카메라로 촬영되고 있는 용접부위를 N*N개의 블록으로 나누고, 상기 N*N개의 블록의 각각의 온도를 검출하여 melt pool 외부의 저온부분을 추출하며, key hole의 중심을 상기 추출된 melt pool 외부의 저온부분을 이용하여 트래킹하게 하므로써 용접 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 레이저 용접 모니터링 시스템 및 그 방법은, 레이저 용접시에 열화상 카메라로 촬영되고 있는 용접부위를 N*N개의 블록으로 나누고, 상기 N*N개의 블록에 의해 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pole의 일측 가장자리까지를 하나의 단위로 하여 melt pool 외부의 저온부분을 연속적 추출하여 key hole을 트래킹할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 레이저 용접 모니터링 시스템 및 그 방법은, 상기 melt pool 외부의 저온부분이 상기 melt pool과 외접하여 나타나는 경우 상기 melt pool 외부의 저온부분을 추출하여 제1 용접선 또는 제2 용접선에 상기 레이저 빔을 주사하고, 상기 melt pool와 외접하여 나타나지 않는 경우 상기 레이저 빔의 주사를 중단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 레이저 용접 모니터링 시스템 및 그 방법은, 필렛 용접시에는 key hole이 다수의 금속의 경계면에서 일정한 간격으로 이격되어 위치하도록 용접하므로써 필렛 용접시에도 용접 품질을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템의 일 실시례를 보여주는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템의 일 실시례에 있어서, 맞대기 용접시 다수의 금속의 경계선이 일직선인 사례를 보여주는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템의 일 실시례에 있어서, 맞대기 용접시 key hole 및 melt pool로부터 열의 전도와 열의 대류를 설명하는 도면이다.
도 2c는 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템의 일 실시례에 있어서, 맞대기 용접시 key hole 중심이 제1 용접선을 따라 melt pool 외부의 저온부분까지 트래킹하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 방법에 있어서, 맞대기 용접시 모니터링 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템의 일 실시례에 있어서, 필렛 용접시 용접되는 다수의 금속의 보여주는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템의 일 실시례에 있어서, 도 4의 도면부호 450을 확대하고 N*N개의 블록과 결합한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템의 일 실시례에 있어서, 필렛 용접시 key hole 중심이 melt pool 외부의 저온부분인 다수의 금속의 경계선에서 일정한 간격보다 더 크게 이격되는 경우, key hole 중심이 제2 용접선에 따라 melt pool 외부의 저온부분을 찾아가는 모습을 보여주는 도면이다.
도 5c는 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템의 일 실시례에 있어서, 필렛 용접시 key hole 중심이 melt pool 외부의 저온부분인 다수의 금속의 경계선에서 일정한 간격보다 더 적게 이격되는 경우, key hole 중심이 제2 용접선에 따라 melt pool 외부의 저온부분을 찾아가는 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 방법에 있어서, 필렛 용접시 모니터링 방법을 설명하는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1에 따르면, 맞대기 용접을 위한 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템(100)의 일 실시례는, 다수의 금속을 용접하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 발생부(110); 상기 레이저 발생부(110)에서 발생된 레이저를 수신하여 레이저 빔을 만들어서 상기 다수의 금속의 경계선에 조사하는 스캐너(130); 상기 스캐너(130)로부터 상기 다수의 금속의 경계선에 조사되는 레이저 빔에 의해 발생하는 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분을 촬영하는 고속 열화상 카메라(160); 상기 고속 열화상 카메라(160)로 촬영된 영상에서 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분까지 일직선으로 연결하는 제1 용접선을 저장하는 메모리(170); 및 상기 메모리(170)에 저장된 제1 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 상기 스캐너(130)를 제어하는 레이저 용접기 컨트롤러(180)를 포함한다.
도 1에 따르면, 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템(100)의 일 실시례는 상기 레이저 발생부(110)에서 발생된 레이저를 상기 스캐너(130)로 전달하는 제1 미러(120)를 포함한다.
도 1에 따르면, 상기 스캐너(130)는 제2 미러(132) 및 상기 제2 미러(132)의 동작을 조절하는 모터(131)를 포함한다.
상기 모터(131)에 의해 상기 제2 미러(132)가 다수의 금속(140)으로 조사하는 레이저 빔의 각도가 전후좌우로 조절된다.
즉, 상기 레이저 발생부(110)에게 발생된 레이저는 제1 미러(120) 및 상기 제2 미러(132)를 거쳐서 입사 레이저 경로(181)를 따라서 다수의 금속(140)의 경계선에 조사된다.
그리고, 상기 다수의 금속(140)의 경계선으로부터 반사되는 레이저는 상기 제2 미러(132) 및 제3 미러(150)를 거쳐서 반사 레이저 경로(182)를 따라서 상기 고속 열화상 카메라(160)로 입력된다.
도 2a에 따르면, 상기 고속 열화상 카메라(160)로부터 입력되는 영상은 레이저 용접중인 금속의 key hole(240)을 중심으로 melt pool(250), melt pool 외부의 고온부분(260) 및 저온부분(270) 및 N*N개의 블록중 적어도 하나의 블록(230)을 포함한다.
도 2a에 따르면, 상기 key hole(240), 상기 melt pole(250), 상기 melt pole 외부의 고온부분(260)는 각각 그 경계선(241, 251, 261)에 의해 구분된다.
도 2a에 따르면, 상기 고속 열화상 카메라(160)로부터 입력되는 영상은 상기 레이저 용접중인 다수의 금속(210, 211)의 경계선을 더 포함한다.
도 2a에 따르면, 맞대기 용접의 경우, 일 실시례로서 상기 key hole(240)의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)인 상기 다수의 금속(210, 211)의 경계선까지의 용접선이 일직선일 수도 있다.
도 2a에 따르면, 상기 블록(230)은 일 실시례로서 24*24 블록을 게시하고 있으나, 정밀하고 신속한 제어를 위해서는 100*100, 200*200, 300*300, 500*500 블록을 채용할 수 있다.
상기 melt pool의 외부의 저온부분(270)의 추출빈도가 많고 상기 블록의 크기가 적고 숫자가 많을수록 용접속도는 느리지만 용접품질을 높일수 있다.
그리고 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)의 추출빈도가 적고 상기 블록의 크기가 크고 숫자가 적을수록 용접속도는 빠르지만 용접품질은 떨어질 수 있다.
도 2a에 따르면, 상기 고속 열화상 카메라(160)로 촬영한 열화상에서 상기 key hole(240)의 중심에서 상기 melt pool(250)을 거쳐 용접부위와 멀어질수록 온도는 단계적으로 낮아질 수 있다.
도 2a에 따르면, 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)은 상기 용접해야 하는 다수의 금속의 경계선이다.
도 2b에 따르면, 맞대기 용접시, 용접이 이루어지는 다수의 금속(210, 211)의 경계선에서 바깥쪽으로 열이 전달되는 경로(① ~ ⑨)는 다수 개가 존재한다.
도 2b에 따르면, 레이저 빔이 상기 다수의 금속(210, 211)의 경계선에 조사되는(212) 동안 발생되는 열이 이동하는 경로중에서 ①은 다수의 금속(210, 211)의 경계면으로 열의 대류에 의해 열이 공기중으로 이동하는 경로이고, ② ~ ⑨은 금속 자체(210, 211)에서 열의 전도에 의해 열이 이동하는 경로이다.
도 2b에 따르면, 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)은 상기 melt pool 외부의 상기 다수의 금속(210, 211)의 경계선에 위치하고, 상기 다수의 금속(210, 211)의 경계선은 상기 레이저를 조사할 때 발생하는 열을 대류에 의해 공기중으로 전달한다.
그리고 열의 대류에 의한 이동속도가 열의 전도에 의한 이동속도보다 느리다. 따라서 상기 melt pool 외부의 다수의 금속(210, 211)의 경계면의 온도는 주변의 금속의 온도보다 낮다.
추가하여, 경로 ② ~ ⑨은 금속 자체(210, 211)를 통해서 열이 전달되지만, 경로 ①은 두 금속(210, 211) 사이의 Gap를 통해서 열이 전달되므로 열의 전달속도가 느리고 따라서 온도도 금속부위보다 낮을 수 밖에 없다.
도 1 및 도 2c에 따르면, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 맞대기 용접시, 상기 메모리(170)에 저장되는 상기 고속 열화상 카메라(160)로부터 입력되는 상기 적어도 초당 1,000 프레임의 열화상을 입력하여, 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)을 추출하고 key hole의 중심(290)에서 상기 추출한 melt pool 외부의 저온부분(270)의 일측 가장자리까지 일직선으로 연결하는 제1 용접선(291)을 상기 메모리(170)에 저장한다.
도 1 및 도 2a에 따르면, 상기 메모리(170)는 상기 key hole(240), 상기 melt pool(250) 및 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)을 포함하는 용접부위를 구분하는 N*N개의 블록을 더 저장한다.
상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 상기 key hole의 중심(290)으로부터 상기 melt pool(250)의 일측 가장자리까지를 하나의 단위로 하여 상기 N*N개의 블록의 각각의 온도에 의해 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)을 연속적으로 추출하여 상기 제1 용접선(291)을 설정한다..
그리고 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는 상기 메모리(170)에 저장된 제1 용접선(291)에 따라 상기 레이저 빔을 주사하도록 상기 스캐너(130)을 제어한다.
도 1에 따르면, 상기 스캐너(130)는 내부에 제2 미러(231)와 상기 제2 미러(132)의 각도를 조정하여 상기 레이저 빔이 상기 다수의 금속의 경계선에 조사되는 각도를 조정할 수 있는 모터(131)를 포함한다.
도 1 및 도 2c에 따르면, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는 상기 레이저 빔을 상기 제1 용접선(291)에 따라 주사하도록 상기 모터(131)를 제어하여 상기 제2 미러(132)의 반사각도를 조정한다.
도 1 및 도 2c에 따르면, 상기 고속 열화상 카메라(180)에 의해 t0시점에서 촬영된 열화상으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)이 추출되면, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는 상기 모터(131)를 제어하여 상기 제2 미러(132)의 반사각도를 좌우로 조정하고, 상기 레이저 빔은 상기 key hole의 중심(290)으로부터 상기 제1 용접선(291)에 따라 주사된다.
도 1 및 도 2c에 따르면, 상기 t0시점으로부터, 상기 key hole의 중심(290)으로부터 상기 melt pool의 일측 가장자리까지를 하나의 단위만큼 이동한 t1시점에서도 촬영된 열화상으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)이 추출되면, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는 상기 모터(131)를 제어하여 상기 제2 미러(132)의 반사각도를 좌우로 조정하고, 상기 레이저 빔은 상기 key hole의 중심(290)으로부터 상기 제1 용접선(291)에 따라 주사된다.
도 1 및 도 2c에 따르면, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)이 상기 melt pool 외부둘레 영역(260)에서 상기 melt pool(250)에 외접하여 나타나는 경우 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)을 추출하여 제1 용접선(291)을 따라 상기 레이저 빔을 주사하고, 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)이 상기 melt pool 외부둘레 영역(260)에서 벗어나서 상기 melt pool(250)에 외접하지 않는 경우 상기 레이저 빔의 주사를 중단하도록 상기 레이저 발생부(110)를 제어할 수 있다.
도 2a 및 도 2c에 따르면, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)이 상기 melt pool(250)에 외접하여 나타나면 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)을 추출하지만, 상기 melt pool(250)에 외접하지 않거나 상기 melt pool 외부둘레 영역(260)에서 벗어나서 나타나는 경우 에러라고 표현하여 상기 레이저 빔의 주사를 중단할 수 있다.
상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 상기 key hole의 중심(291)으로부터 상기 melt pool(250)의 일측 가장자리까지를 하나의 단위로 하여 상기 N+N개의 블록의 각각의 온도에 의해 상기 melt pool 외부의 저온부분(270)을 연속적으로 추출하여 제1 용접선(291)을 설정할 수 있다.
도 3에 따르면, 맞대기 용접을 위한 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 방법는, 고속 열화상 카메라(160)로부터 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분의 영상을 입력하는 단계(S300); 상기 입력되는 영상에서 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분의 일측 가장자리까지 일직선으로 연결하는 제1 용접선을 메모리에 저장하는 단계(S310); 상기 메모리에 저장된 상기 제1 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 스캐너를 제어하는 단계(S320); 및 용접이 완료될 때까지 상기 단계를 순서대로 반복하는 단계(S330)를 포함한다.
도 4에 따르면, 필렛 용접은 하나의 금속 평면위에 다른 하나의 금속을 올려놓고 그 가장자리를 용접하는 방식이다.
도 1에 따르면, 필렛 용접을 위한 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템(100)의 일 실시례는, 다수의 금속을 용접하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 발생부(110); 상기 레이저 발생부(110)에서 발생된 레이저를 수신하여 레이저 빔을 만들어서 상기 다수의 금속의 경계선에서 일정한 간격으로 이격하여 주사하는 스캐너(130); 상기 스캐너(130)로부터 상기 다수의 금속의 경계선에서 상기 일정한 간격으로 이격하여 주사되는 레이저 빔에 의해 발생하는 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분을 촬영하는 고속 열화상 카메라(160); 상기 고속 열화상 카메라(160)로 촬영된 영상에서, 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분에서 일정한 간격으로 이격된 위치까지 일직선으로 연결하는, 제2 용접선을 저장하는 메모리(170); 및 상기 메모리(170)에 저장된 제2 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 상기 스캐너(130)를 제어하는 레이저 용접기 컨트롤러(180)를 포함한다.
도 4에 따르면, 다수의 금속(410, 411)중 상부에 위치한 금속(410)의 일측면에 레이저 빔이 주사된다.
따라서 필렛 용접의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, key hole(430)의 중심이 melt pool 외부의 저온부분(440)인 다수의 금속(410, 411)의 경계선(420)과 일정한 간격으로 이격되도록 레이저 빔이 주사된다.
도 1 및 도 4에 따르면, 필렛 용접의 경우, 상기 key hole(430)의 중심이 상기 다수의 금속(410, 411)의 경계선(420)과 이격되는 간격도 상기 메모리(170)에 저장할 수 있다. 그리고. 필렛 용접시 상기 일정한 간격은 용접되는 금속의 종류 및 금속의 두께에 따라 다른 값을 가질 수 있으므로, 상기 금속의 종류 및 금속의 두께에 따라 결정되는 상기 일정한 간격의 값은 상기 메모리(170)에 저장하고 사용자가 선택하여 입력할 수 있도록 할 수 있다.
도 1 및 도 4에 따르면, 필렛 용접의 경우, 상기 key hole(430)의 중심과 상기 melt pool 외부의 저온부분(440)인 다수의 금속의 경계선(420)사이의 최단거리가 상기 일정한 간격을 벗어나는 경우, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 상기 레이저 빔이 조사되는 위치를 상기 다수의 금속의 경계선(420)에서 상기 일정한 간격으로 이격되도록 상기 모터(131)를 제어한다.
필렛 용접의 경우, 도 4의 도면부호 450은 상기 key hole(430), 상기 melt pool(431), 상기 melt pool 외부의 고온부분(432), 상기 melt pool 외부의 저온부분(440) 및 상기 다수의 금속의 경계선(420)을 포함하는 용접부위를 보여준다.
그리고 도 5a는 상기 도 4의 도면부호 450에서 보여주는 용접부위를 확대한 영상에 상기 N*N개의 블록을 합성한 영상을 보여준다.
그리고 도 5a에 따르면, 필렛 용접에서 상기 key hole의 중심의 세로위치(570)와 상기 melt pool 외부의 저온부분(550) 또는 상기 melt pool 외부의 저온부분의 세로위치(560)가 상기 일정한 간격(D)을 유지한다.
필렛 용접에서, 상기 key hole의 중심의 세로위치(570)와 상기 melt pool 외부의 저온부분(550) 또는 상기 상기 melt pool 외부의 저온부분의 세로위치(560)가 상기 일정한 간격(D)을 벗어나는 경우를 도 5b 및 도 5c로써 설명한다.
여기서, 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)은 상기 다수의 금속의 경계선을 의미한다.
도 1 및 도 5b에 따르면, 상기 key hole의 중심의 세로위치(570)와 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)의 사이가 상기 일정한 간격(D)보다 큰 경우, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 상기 key hole의 중심의 세로위치(570)와 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)이 상기 일정한 간격(D)을 유지하도록 상기 모터(131)를 제어한다.
도 5b에 따르면, 상기 key hole의 중심의 세로위치(570)와 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)의 간격이 상기 일정한 간격보다 큰 경우(D+d2), 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는 상기 레이저 빔의 상기 key hole의 중심(580)이 상기 제2 용접선(590)을 따라 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)을 트래킹할 수 있도록 상기 모터(131)를 제어한다.
또한, 도 5c에 따르면, 상기 key hole의 중심의 세로위치(570)와 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)의 간격이 상기 일정한 간격보다 작은 경우(D-d2), 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는 상기 레이저 빔의 상기 key hole의 중심(580)이 상기 제2 용접선(590)을 따라 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)을 트래킹할 수 있도록 상기 모터(131)를 제어한다.
도 1 및 도 5a에 따르면, 상기 메모리(170)는 상기 key hole(520), 상기 melt pool(530) 및 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)을 포함하는 용접부위를 구분하는 N*N개의 블록(510)을 더 저장한다.
도 1에 따르면, 상기 스캐너(130)는 내부에 제2 미러(231)와 상기 제2 미러(132)의 각도를 조정하여 상기 레이저 빔이 상기 다수의 금속의 경계선에 조사되는 각도를 조정할 수 있는 모터(131)를 포함한다.
도 1 및 도 5a에 따르면, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는 상기 레이저 빔을 상기 제2 용접선(590)에 따라 주사하도록 상기 모터(131)를 제어하여 상기 제2 미러(132)의 반사각도를 조정한다.
도 1, 도 5b 및 5c 에 따르면, 상기 고속 열화상 카메라(180)에 의해 t0시점에서 촬영된 열화상으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)이 추출되면, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는 상기 모터(131)를 제어하여 상기 제2 미러(132)의 반사각도를 좌우로 조정하고, 상기 레이저 빔은 상기 key hole의 중심(580)으로부터 상기 제2 용접선(590)에 따라 주사된다.
도 5b 및 5c 에 따르면, 상기 t0시점으로부터, 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool의 일측 가장자리까지를 하나의 단위만큼 이동한 t1시점에서도 촬영된 열화상으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)이 추출되면, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는 상기 모터(131)를 제어하여 상기 제2 미러(132)의 반사각도를 좌우로 조정하고, 상기 레이저 빔은 상기 key hole의 중심(580)으로부터 상기 제2 용접선(590)에 따라 주사된다.
상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)이 melt pool 외부둘레 영역(540)에서 상기 melt pool(530)과 외접하여 나타나는 경우 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)을 추출하여 상기 제2 용접선(590)을 따라 상기 레이저 빔을 주사하고, 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)이 상기 melt pool 외부둘레 영역(540)에서 벗어나서 상기 melt pool(530)과 외접하지 않는 경우 상기 레이저 빔의 주사를 중단하도록 상기 레이저 발생부(110)를 제어할 수 있다.
도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)이 상기 melt pool(530)에 외접하여 나타나면 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)을 추출하지만, 상기 melt pool(530)에 외접하지 않거나 상기 melt pool 외부둘레 영역(540)에서 벗어나서 나타나는 경우 에러라고 판단하여 상기 레이저 빔의 주사를 중단할 수 있다.
상기 레이저 용접기 컨트롤러(180)는, 상기 key hole의 중심(580)으로부터 상기 melt pool(530)의 일측 가장자리까지를 하나의 단위로 하여 상기 N*N개의 블록의 각각의 온도에 의해 상기 melt pool 외부의 저온부분(550)을 연속적으로 추출하여 제2 용접선(590)을 설정한다.
도 6에 따르면, 필렛 용접을 위한 본 발명의 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 방법은, 고속 열화상 카메라로부터 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분의 영상을 입력하는 단계(S600); 상기 입력되는 영상에서, 상기 key hole의 중심으로부터 melt pool 외부의 저온부분에서 일정한 간격으로 이격된 위치까지 일직선으로 연결하는, 제2 용접선을 메모리에 저장하는 단계(S610); 상기 메모리에 저장된 상기 제2 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 스캐너를 제어하는 단계(S620); 및 용접이 완료될 때까지 상기 단계를 순서대로 반복하는 단계(S630)를 포함한다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템
110: 레이저 발생부(110) 120: 제1 미러
130: 스캐너 131: 모터
132: 제2 미러 140: 다수의 금속
150: 제3 미러 160: 고속 열화상 카메라
170: 메모리 180: 레이저 용접기 컨트롤러
181: 입사 레이저 경로 182: 반사 레이저 경로
210, 211, 410, 411: 다수의 금속 212: 모듈레이션 레이저 조사
220: 평면도 221: 정면도
230, 510: 블록 240, 430, 520: key hole
241: key hole의 경계선 250, 431, 530: melt pool
251: melt pool의 경계선 260, 432, 540: melt pool 외부둘레
261: melt pool 외부둘레 영역의 경계선 270, 440, 550: melt pool 외부의 저온부분
280: 용접되는 금속의 두께 290, 580: key hole의 중심
291: 제1 용접선 420: 다수의 금속의 경계선
450: 레이저 용접 부위 560: melt pool 외부의 저온부분의 세로위치
570: key hole의 중심의 세로위치 590: 제2 용접선

Claims (7)

  1. 다수의 금속을 용접하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 발생부;
    상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저를 수신하여 레이저 빔을 만들어서 상기 다수의 금속의 경계선에 조사하는 스캐너;
    상기 스캐너로부터 상기 다수의 금속의 경계선에 조사되는 레이저 빔에 의해 발생하는 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분을 촬영하는 고속 열화상 카메라;
    상기 고속 열화상 카메라로 촬영된 영상에서 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분까지 일직선으로 연결하는 제1 용접선을 저장하는 메모리; 및
    상기 메모리에 저장된 제1 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 상기 스캐너를 제어하는 레이저 용접기 컨트롤러를 포함하는 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템.
  2. 다수의 금속을 용접하기 위해 레이저를 발생시키는 레이저 발생부;
    상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저를 수신하여 레이저 빔을 만들어서 상기 다수의 금속의 경계선에서 일정한 간격으로 이격하여 주사하는 스캐너;
    상기 스캐너로부터 상기 다수의 금속의 경계선에서 상기 일정한 간격으로 이격하여 주사되는 레이저 빔에 의해 발생하는 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분을 촬영하는 고속 열화상 카메라;
    상기 고속 열화상 카메라로 촬영된 영상에서, 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분에서 일정한 간격으로 이격된 위치까지 일직선으로 연결하는, 제2 용접선을 저장하는 메모리; 및
    상기 메모리에 저장된 제2 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 상기 스캐너를 제어하는 레이저 용접기 컨트롤러를 포함하는 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 melt pool 외부의 저온부분은 상기 다수의 금속의 경계선인 것을 특징으로 하는 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 key hole, 상기 melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분을 포함하는 용접부위를 구분하는 N*N개의 블록을 더 저장하고,
    상기 레이저 용접기 컨트롤러는, 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool의 일측 가장자리까지를 하나의 단위로 하여 상기 N*N개의 블록의 각각의 온도에 의해 상기 melt pool 외부의 저온부분을 연속적으로 추출하는 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 key hole, 상기 melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분을 포함하는 용접부위를 구분하는 N*N개의 블록을 더 저장하고,
    상기 레이저 용접기 컨트롤러는, 상기 melt pool 외부의 저온부분이 상기 melt pool과 외접하여 나타나는 경우 상기 melt pool 외부의 저온부분을 추출하여 상기 제1 용접선 또는 상기 제2 용접선에 상기 레이저 빔을 주사하고, 상기 melt pool 외부의 저온부분이 상기 melt pool과 외접하지 않는 경우 상기 레이저 빔의 주사를 중단하도록 상기 레이저 발생부를 제어하는 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템.
  6. 고속 열화상 카메라로부터 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분의 영상을 입력하는 단계;
    상기 입력되는 영상에서 상기 key hole의 중심으로부터 상기 melt pool 외부의 저온부분의 일측 가장자리까지 일직선으로 연결하는 제1 용접선을 메모리에 저장하는 단계;
    상기 메모리에 저장된 상기 제1 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 스캐너를 제어하는 단계; 및
    용접이 완료될 때까지 상기 단계를 순서대로 반복하는 단계를 포함하는 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 방법.
  7. 고속 열화상 카메라로부터 key hole, melt pool 및 상기 melt pool 외부의 저온부분의 영상을 입력하는 단계;
    상기 입력되는 영상에서, 상기 key hole의 중심으로부터 melt pool 외부의 저온부분에서 일정한 간격으로 이격된 위치까지 일직선으로 연결하는, 제2 용접선을 메모리에 저장하는 단계;
    상기 메모리에 저장된 상기 제2 용접선에 따라 레이저 빔을 주사하도록 스캐너를 제어하는 단계; 및
    용접이 완료될 때까지 상기 단계를 순서대로 반복하는 단계를 포함하는 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 방법.
KR1020200064993A 2019-09-02 2020-05-29 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템 및 방법 KR102304925B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190107988 2019-09-02
KR1020190107988 2019-09-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210027051A true KR20210027051A (ko) 2021-03-10
KR102304925B1 KR102304925B1 (ko) 2021-09-27

Family

ID=75148631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200064993A KR102304925B1 (ko) 2019-09-02 2020-05-29 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102304925B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102548502B1 (ko) * 2022-08-03 2023-06-28 주식회사 송원스틸 스마트 팩토리 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006234781A (ja) * 2004-09-29 2006-09-07 Jfe Steel Kk 電縫管のシーム位置検出方法、装置、及び、シームアニーラの加熱子位置制御方法、装置
KR20090055278A (ko) * 2007-11-28 2009-06-02 에스티엑스조선주식회사 용접 자동화를 위한 용접부 형상 측정 및 용접 조건 제어 장치
JP2019058942A (ja) * 2017-09-27 2019-04-18 株式会社タマリ工業 溶接外観不良検出装置、レーザ溶接装置、及び、溶接外観不良検出方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006234781A (ja) * 2004-09-29 2006-09-07 Jfe Steel Kk 電縫管のシーム位置検出方法、装置、及び、シームアニーラの加熱子位置制御方法、装置
KR20090055278A (ko) * 2007-11-28 2009-06-02 에스티엑스조선주식회사 용접 자동화를 위한 용접부 형상 측정 및 용접 조건 제어 장치
JP2019058942A (ja) * 2017-09-27 2019-04-18 株式会社タマリ工業 溶接外観不良検出装置、レーザ溶接装置、及び、溶接外観不良検出方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102548502B1 (ko) * 2022-08-03 2023-06-28 주식회사 송원스틸 스마트 팩토리 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR102304925B1 (ko) 2021-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10610962B2 (en) Methods and apparatus for spot welding workpieces using laser pulses
TWI546146B (zh) Laser processing device and laser processing method
JP7481327B2 (ja) 異なる近接場走査パターンにより提供されるレーザエネルギー分布を視覚化するためのシステムおよび方法
US20090314751A1 (en) Laser scribe inspection methods and systems
WO2020127123A1 (en) Method of processing an object with a light beam, and processing system
TW202045289A (zh) 雷射鑽孔裝置及方法
US11465231B2 (en) Laser processing method, laser processing apparatus, and output control device of laser processing apparatus
KR102304925B1 (ko) 고속 열화상 레이저 용접 모니터링 시스템 및 방법
US9623513B2 (en) Laser welding inspection apparatus and laser welding inspection method
KR101451007B1 (ko) 레이저가공장치 및 레이저가공방법
CN204621356U (zh) 一种激光器的寻焦系统
JP2022553904A (ja) 布を高速加工するための装置
JP7325194B2 (ja) 溶接物製造方法、溶接物製造システム及び溶接物
KR102311128B1 (ko) 취성재료 기판의 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치
JP2004216418A (ja) レーザ加工装置
US20210213567A1 (en) Laser treatment method
JP2008260043A (ja) 溶接方法、および段差部の検出装置
JP2009006339A (ja) レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法
JP3524855B2 (ja) レーザ照射装置及びレーザ加工方法
JPH10272585A (ja) 熱間圧延鋼片の突合せ溶接方法およびその装置
JPH05146885A (ja) レーザ加工装置
CN117161583A (zh) 一种激光切割方法
JPH08276269A (ja) 倣い溶接方法
JP2019147166A (ja) 光加工装置及び光加工物の生産方法
JP2001287065A (ja) 自動溶接装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant