KR20230166973A - Laser welding monitoring system - Google Patents

Laser welding monitoring system Download PDF

Info

Publication number
KR20230166973A
KR20230166973A KR1020230070344A KR20230070344A KR20230166973A KR 20230166973 A KR20230166973 A KR 20230166973A KR 1020230070344 A KR1020230070344 A KR 1020230070344A KR 20230070344 A KR20230070344 A KR 20230070344A KR 20230166973 A KR20230166973 A KR 20230166973A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mirror
reflected
light
welding
sensor unit
Prior art date
Application number
KR1020230070344A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박광욱
황지훈
권재욱
성대용
오호연
김봉윤
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Publication of KR20230166973A publication Critical patent/KR20230166973A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/12Processes 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
    • B23K31/125Weld quality monitoring

Abstract

레이저 용접 모니터링시스템은 워크 피스(work piece); 상기 워크 피스를 향해 레이저 빔이 출사(radiate)되도록 적어도 일 축 방향으로 이동되도록 구성된 스캐너; 광원에서 방출되는 출사광을 이용하여 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성된 빔 모니터링 유닛; 상기 출사광을 이용하여 상기 레이저 빔의 출력 전력(output power)를 모니터링하도록 구성된 제1 센서 유닛; 및 상기 워크 피스에서 반사되는 반사광을 이용하여 상기 워크 피스의 용접 이상을 모니터링하도록 구성된 제2 센서 유닛을 포함한다.The laser welding monitoring system includes a work piece; a scanner configured to move in at least one axis direction to radiate a laser beam toward the work piece; A beam monitoring unit configured to monitor the quality of a laser beam using emitted light from a light source and detect contamination or damage to the optical system; a first sensor unit configured to monitor output power of the laser beam using the emitted light; and a second sensor unit configured to monitor welding abnormalities of the work piece using reflected light reflected from the work piece.

Description

레이저 용접 관찰 시스템{Laser welding monitoring system}Laser welding monitoring system

본 발명은, 레이저 용접 모니터링 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 빔을 이용하여 용접 이상을 검출하는 시스템에 대한 것이다.The present invention relates to a laser welding monitoring system, and more specifically, to a system that detects welding abnormalities using a laser beam.

레이저는 최소의 열 입력을 필요로 하는 비-접촉 에너지원으로서 용접을 위해 사용되는 경우가 많다. 특히, 작은 반점 크기에 수반하는 최대출력을 보여주는 저-전력 펄스 레이저들은 용접 풀(weld pool) 인접부의 온도를 급격히 상승시키지 않고도 재료를 그들의 용융점 이상으로 가열할 수 있다. 펄스 형성 및 레이저 동력 피드백과 같은 진보된 특징들은 레이저 출력의 증가된 제어를 제공함으로써 고체-상태 레이저를 더욱 향상시켜왔다. 그러나, 이러한 진보된 특징들에도 불구하고, 레이저-재료 상호작용의 예측은 적중하지 못하였다. 따라서, 신뢰성 있고 사용하기 쉬운 레이저 용접 모니터링 시스템을 개발하는 것은 어려운 일이었다.Lasers are often used for welding as a non-contact energy source that requires minimal heat input. In particular, low-power pulsed lasers, which exhibit peak power with a small spot size, can heat materials above their melting point without dramatically increasing the temperature adjacent to the weld pool. Advanced features such as pulse shaping and laser power feedback have further improved solid-state lasers by providing increased control of laser power. However, despite these advanced features, predictions of laser-material interaction were not successful. Therefore, developing a reliable and easy-to-use laser welding monitoring system has been challenging.

레이저-재료 상호작용의 예측에 대한 중요한 본성으로 인해, 양호 및 불량 용접을 구별하기 위한 모니터링된 용접 특성을 분석하는 것이 때로는 어려운 일이다. 게다가, 복잡한 패턴 가공 및/또는 진보된 수학적 기술은 취해진 프로파일을 분석하도록 자주 사용되는 바, 이는 분석 및 처리 공정을 더욱 복잡하게 한다. 통상의 모니터링 기술 및 분석 관련 어려움들로 인해, 사용자들은 종종 모니터링 절차를 이해하지 못하며, 그 대신, 전적으로 시스템 개발자에게 의존하여 그들의 공정 개발 및/또는 공정 제어 필요에 합치하는 시스템을 생산할 것을 요구한다.Due to the critical nature of laser-material interaction for prediction, it is sometimes difficult to analyze monitored weld characteristics to distinguish good and bad welds. Moreover, complex pattern processing and/or advanced mathematical techniques are often used to analyze the taken profiles, which further complicates the analysis and processing process. Because of the difficulties associated with conventional monitoring techniques and analysis, users often do not understand monitoring procedures and instead rely solely on system developers to produce a system that meets their process development and/or process control needs.

이와 관련하여 등록특허 10-1007724B1은 펄스 레이저를 사용한 용접부의 용접 품질을 평가할 수 있는 레이저 용접 모니터링 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 상기 펄스 레이저를 사용한 용접부의 용접 특성을 획득할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함한다. 상기 용접 특성은 다양한 속성을 갖는다. 상기 시스템은 또한 용접 특성을 저장 및 분석하도록 채용되는 데이터 수집 및 처리 장치를 포함한다. 사용자는 먼저 다중 용접을 수행하여 각각의 용접에 대해 하나 이상의 용접 특성을 획득한다. 사용자는 그 후 각각의 용접의 용접 품질을 결정하고, 각각의 용접에 대한 하나 이상의 용접 특성에 대한 속성과 관련된 일련의 알고리즘 중 하나 이상을 구동하여 상기 관련 속성에 대한 단일 값 출력을 생성한다. 사용자는 상기 하나 이상의 알고리즘의 단일 값 출력을 용접의 용접 특성과 상호 관련시킴으로써 용접 품질의 속성 표시를 선택한다. In this regard, registered patent 10-1007724B1 provides a laser welding monitoring system that can evaluate the welding quality of welded areas using a pulse laser. The system includes one or more sensors capable of acquiring welding characteristics of a weld using the pulsed laser. The welding properties have various properties. The system also includes data collection and processing devices employed to store and analyze weld characteristics. The user first performs multiple welds to obtain one or more weld characteristics for each weld. The user then determines the weld quality of each weld and runs one or more of a series of algorithms relating the attributes to one or more weld characteristics for each weld to produce a single value output for the relevant attributes. A user selects an attribute representation of weld quality by correlating the single value output of the one or more algorithms with the weld characteristics of the weld.

하지만 레이저 그대로의 신호인 출사광을 분석하지 못해 빔의 2D이미지 및 형상(shape), 직경, 센터위치를 실시간 측정하여 빔 품질에 영향을 줄 수 있는 인자(오염, 데미지 등)를 측정이 어렵다는 문제점이 있다.However, the problem is that it is difficult to measure factors that may affect beam quality (contamination, damage, etc.) by measuring the 2D image, shape, diameter, and center position of the beam in real time because it cannot analyze the emitted light, which is the laser signal. There is.

또한, 공개특허 10-2013-0021343은 실시간 레이저 용접 모니터링 시스템 및 레이저 미세용접 가공장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 레이저 용접 시 반사되는 반사광을 적외선 및 자외선 신호로 분리 획득하여 각 신호로부터 레이저의 파워, 입열량, 키홀의 생성 및 용입 정도 등에 관한 용접상태를 분석한다. 또한, 재료에 가공가스를 효과적으로 분사하여 용접 가공의 품질을 향상시킬 수 있는 실시간 레이저 용접 모니터링 시스템 및 레이저 미세용접 가공장치에 관한 것이다. 하지만 레이저 그대로의 신호인 출사광을 분석하지 못해 빔의 2D이미지 및 형상(shape), 직경, 센터위치를 실시간 측정하여 빔 품질에 영향을 줄 수 있는 인자(오염, 데미지 등)를 측정이 어렵다는 문제점이 있다.Additionally, published patent 10-2013-0021343 relates to a real-time laser welding monitoring system and a laser micro-welding processing device. More specifically, the reflected light reflected during laser welding is obtained separately into infrared and ultraviolet signals, and the welding condition in terms of laser power, amount of heat input, keyhole creation and penetration degree, etc. is analyzed from each signal. In addition, it relates to a real-time laser welding monitoring system and a laser micro-welding processing device that can improve the quality of welding processing by effectively spraying processing gas on the material. However, the problem is that it is difficult to measure factors that may affect beam quality (contamination, damage, etc.) by measuring the 2D image, shape, diameter, and center position of the beam in real time because it cannot analyze the emitted light, which is the laser signal. There is.

한편, 등록특허 10-1007724B1 및 공개특허 10-2013-0021343은 모두 용접 시 발생하는 반사광만을 이용하여 용접 모니터링을 수행함에 따라 용접 이상 검출 시 주변 환경 등에 영향을 받는다는 문제점이 있다. Meanwhile, registered patent 10-1007724B1 and published patent 10-2013-0021343 both perform welding monitoring using only reflected light generated during welding, so there is a problem in that detection of welding abnormalities is affected by the surrounding environment.

한편, 반사광만을 이용하는 기존의 레이저 용접 모니터링 시스템은 용접 중의 이상현상만을 감지할 수 있으나 이러한 이상현상은 용접 빔의 품질저하가 문제인지 실제 용접 중 이상현상이 발생하였는지 구분하기 어려운 문제점이 있다.Meanwhile, the existing laser welding monitoring system that uses only reflected light can only detect abnormalities during welding, but there is a problem in that it is difficult to distinguish whether these abnormalities are caused by deterioration in the quality of the welding beam or if the abnormal phenomenon occurred during actual welding.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 레이저 용접 모니터링 시스템에 대한 것으로, 레이저 빔을 이용하여 용접 이상을 검출하는 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention aims to solve the above-mentioned problems and other problems. The present invention relates to a laser welding monitoring system and is intended to provide a system for detecting welding abnormalities using a laser beam.

또한, 본 발명은 레이저 용접 모니터링 시스템에 관한 것으로, 기존의 반사광만을 이용한 용접 모니터링 시스템에 출사광까지 포함하여 모니터링을 실시하기 위한 것이다. In addition, the present invention relates to a laser welding monitoring system, and is intended to perform monitoring by including emitted light in addition to the existing welding monitoring system using only reflected light.

또한, 본 발명은 용접 중의 이상현상 뿐만 아니라, 이상현상이 용접 빔의 품질저하가 문제인지 실제 용접 중 이상현상이 발생하였는지 정확히 구분하기 위한 것이다. In addition, the present invention is intended to accurately distinguish not only an abnormal phenomenon during welding, but also whether the abnormal phenomenon is a problem of deterioration in the quality of the welding beam or whether the abnormal phenomenon occurred during actual welding.

또한, 본 발명은 출사광/반사광을 모두 이용한 본 레이저 용접 모니터링 시스템을 이용하여 레이저 용접 품질 관리 및 개선을 효과적으로 하기 위한 것이다.In addition, the present invention is intended to effectively control and improve laser welding quality by using this laser welding monitoring system using both emitted and reflected light.

또한, 본 발명은 빔의 2D이미지 및 형상, 직경, 센터위치를 실시간 측정하여 빔 품질에 영향을 줄 수 있는 인자를 정확히 측정하기 위한 것이다.In addition, the present invention is intended to accurately measure factors that may affect beam quality by measuring the 2D image, shape, diameter, and center position of the beam in real time.

본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템은 워크 피스(work piece); 상기 워크 피스를 향해 레이저 빔이 출사(radiate)되도록 적어도 일 축 방향으로 이동되도록 구성된 스캐너; 광원에서 방출되는 출사광을 이용하여 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성된 빔 모니터링 유닛; 상기 출사광을 이용하여 상기 레이저 빔의 출력 전력(output power)를 모니터링하도록 구성된 제1 센서 유닛; 및 상기 워크 피스에서 반사되는 반사광을 이용하여 상기 워크 피스의 용접 이상을 모니터링하도록 구성된 제2 센서 유닛을 포함한다.The laser welding monitoring system according to the present specification includes a work piece; a scanner configured to move in at least one axis direction to radiate a laser beam toward the work piece; A beam monitoring unit configured to monitor the quality of a laser beam using emitted light from a light source and detect contamination or damage to the optical system; a first sensor unit configured to monitor output power of the laser beam using the emitted light; and a second sensor unit configured to monitor welding abnormalities of the work piece using reflected light reflected from the work piece.

실시 예에 따르면, 상기 빔 모니터링 유닛 및 상기 제1 센서 유닛은 상기 스캐너의 하단 부(lower end portion)에 결합된 제1 구조에 구비되고, 상기 제2 센서 유닛은 상기 스캐너의 일 측 영역에 결합된 제2 구조에 구비될 수 있다.According to an embodiment, the beam monitoring unit and the first sensor unit are provided in a first structure coupled to a lower end portion of the scanner, and the second sensor unit is coupled to one side area of the scanner. It may be provided in a second structure.

실시 예에 따르면, 상기 스캐너는 상기 스캐너의 상부 영역에 배치되고, 상기 레이저 빔을 생성하여 상기 출사광이 하부 방향으로 진행되도록 구성된 광섬유 광원(optical fiber light source); 상기 출사광을 수평 방향으로 반사되는 제1 반사광과 하부 방향으로 투과되는 제1 투과광으로 분리하도록 구성된 제1 미러; 및 상기 제1 반사광의 진행 방향을 변경하도록 구성된 갈바노 미러를 포함할 수 있다. 상기 갈바노 미러를 통과한 광은 상기 워크 피스의 용접 지점(welding point)에서 반사되고 상기 갈바노 미러를 통과하여 제2 반사광을 형성할 수 있다. 상기 제2 반사광은 상기 제1 미러를 통과하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the scanner includes an optical fiber light source disposed in an upper area of the scanner and configured to generate the laser beam so that the emitted light travels in a downward direction; a first mirror configured to separate the emitted light into first reflected light reflected in a horizontal direction and first transmitted light transmitted in a downward direction; and a galvano mirror configured to change the direction of travel of the first reflected light. Light passing through the galvano mirror may be reflected at a welding point of the work piece and pass through the galvano mirror to form second reflected light. The second reflected light may be configured to pass through the first mirror.

실시 예에 따르면, 상기 제2 구조는 상기 제2 구조인 CCD 카메라의 내부에 구비되고, 상기 제1 미러와 상기 제1 센서 유닛 사이에 배치되는 제2 미러; 및 상기 CCD 카메라의 일 측 영역에 배치되고, 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러를 통과한 상기 제2 반사광을 이용하여 상기 워크 피스의 용접 이상을 모니터링하도록 구성된 상기 제2 센서 유닛을 포함할 수 있다. 상기 제2 센서 유닛은 상기 제2 구조의 후 방사 획득 유닛에 구비될 수 있다.According to an embodiment, the second structure includes: a second mirror provided inside the CCD camera, which is the second structure, and disposed between the first mirror and the first sensor unit; and a second sensor unit disposed at one side of the CCD camera and configured to monitor welding abnormalities of the work piece using the second reflected light passing through the first mirror and the second mirror. there is. The second sensor unit may be provided in the post-radiation acquisition unit of the second structure.

실시 예에 따르면, 상기 제1 구조는 상기 제1 투과광을 수평 방향으로 반사되는 제3 반사광과 하부 방향으로 투과되는 제3 투과광으로 분리하도록 구성된 제3 미러; 상기 제1 구조의 일 측 영역에 결합되고, 상기 제3 미러에서 반사된 상기 제3 반사광을 이용하여 상기 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 상기 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성된 상기 빔 모니터링 유닛; 및 상기 제1 구조의 하단부에 결합되고, 상기 레이저 빔의 출력 전력을 모니터링하도록 구성된 상기 제1 센서 유닛을 포함할 수 있다. 상기 제1센서 유닛은 상기 제1구조의 레이저 입력 빔 획득 유닛에 구비될 수 있다.According to an embodiment, the first structure includes a third mirror configured to separate the first transmitted light into a third reflected light reflected in a horizontal direction and a third transmitted light transmitted in a downward direction; The beam monitoring unit coupled to one side area of the first structure and configured to monitor the quality of the laser beam using the third reflected light reflected from the third mirror and detect contamination or damage to the optical system; and a first sensor unit coupled to a lower end of the first structure and configured to monitor output power of the laser beam. The first sensor unit may be provided in the laser input beam acquisition unit of the first structure.

실시 예에 따르면, 상기 빔 모니터링 유닛은 상기 레이저 빔의 2차원 이미지 및 분포를 감지하고, 상기 레이저 빔의 형상을 측정 및 저장하고, 상기 레이저 빔의 직경 및 빔 센터 위치를 체크하고, 상기 레이저 빔의 품질에 영향을 주는 인자를 검출하여, 상기 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성될 수 있다. According to an embodiment, the beam monitoring unit detects the two-dimensional image and distribution of the laser beam, measures and stores the shape of the laser beam, checks the diameter and beam center position of the laser beam, and It may be configured to detect contamination or damage to the optical system by detecting factors that affect its quality.

실시 예에 따르면, 상기 제1 센서 유닛 및 상기 제2 센서 유닛은 350nm 내지 1100nm 파장의 광을 검출하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the first sensor unit and the second sensor unit may be configured to detect light with a wavelength of 350 nm to 1100 nm.

실시 예에 따르면, 상기 제3 미러는 상기 제1 미러와 상기 제1 센서 유닛 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 미러는 수평면에 대해 45도 방향으로 경사진 형태로 배치되고, 상기 제3 미러는 수평면에 대해 -45도 방향으로 경사진 형태로 배치될 수 있다. 상기 제1 센서 유닛은 상기 제3 미러를 투과한 상기 제3 투과광을 수신하여 상기 레이저 빔의 출력 전력을 모니터링하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment, the third mirror may be disposed between the first mirror and the first sensor unit. The first mirror may be disposed inclined in a direction of 45 degrees with respect to the horizontal plane, and the third mirror may be disposed in a form inclined in a direction of -45 degrees with respect to the horizontal plane. The first sensor unit may be configured to monitor the output power of the laser beam by receiving the third transmitted light that has transmitted through the third mirror.

실시 예에 따르면, 상기 갈바노 미러는 상기 제1 미러의 타 측 영역에 배치되어, 상기 제1 미러에서 반사된 상기 제1 반사광이 소정 각도만큼 굴절된 제1 굴절광으로 형성되도록 구성된 제1 갈바노 미러; 및 상기 제1 갈바노 미러의 타 측의 하부 영역에 배치되어, 상기 제1 굴절광이 하부 방향으로 제2 굴절광으로 형성되도록 구성된 제2 갈바노 미러를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the galvano mirror is disposed in an area on the other side of the first mirror, and is configured to form a first refracted light in which the first reflected light reflected from the first mirror is refracted by a predetermined angle. No mirror; and a second galvano mirror disposed in a lower area on the other side of the first galvano mirror and configured to form the first refracted light into second refracted light in a downward direction.

실시 예에 따르면, 상기 제2 센서 유닛은 상기 제3 미러에서 반사된 상기 제3 반사광을 수신하여 상기 레이저 빔의 반사 전력을 모니터링할 수 있다. 상기 레이저 용접 모니터링 시스템은 상기 반사 전력에 기초하여 갭, 포커스 변화, 이물 및 접힘 현상을 포함하는 상기 용접 이상을 검출하도록 구성된 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1 센서 유닛에서 모니터링된 상기 출력 전력과 상기 제2 센서 유닛에서 모니터링된 상기 반사 전력의 차이에 기초하여 용접 이상 현상을 검출할 수 있다. 상기 용접 이상 현상은 상기 레이저 빔의 오 출사, 비정상 위치 출사 및 지그 결합 불량을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the second sensor unit may monitor the reflected power of the laser beam by receiving the third reflected light reflected from the third mirror. The laser welding monitoring system may further include a control unit configured to detect welding abnormalities including gaps, focus changes, foreign matter, and folding phenomena based on the reflected power. The control unit may detect a welding abnormality based on the difference between the output power monitored by the first sensor unit and the reflected power monitored by the second sensor unit. The welding abnormality may include erroneous emission of the laser beam, emission at an abnormal position, and defective jig coupling.

실시 예에 따르면, 상기 제어부는 정상 상태의 용접품에서 측정된 레이저 빔의 이미지를 기준 이미지로 설정하고, 상기 워크 피스에서 측정된 레이저 빔의 이미지를 상기 기준 이미지와 비교하여, 상기 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 상기 광학계의 오염 또는 데미지를 검출할 수 있다.According to an embodiment, the control unit sets the image of the laser beam measured on the welded product in a normal state as a reference image, compares the image of the laser beam measured on the work piece with the reference image, and determines the quality of the laser beam. can be monitored and contamination or damage to the optical system can be detected.

실시 예에 따르면, 상기 제어부는 정상 상태의 용접품에서 측정된 반사광의 시계열 데이터를 획득하고, 상기 반사광의 시계열 데이터를 이용하여 통계 및 인공 지능 기반의 학습을 수행하고, 상기 학습의 결과에 기초하여 정상 범위와 연관된 임계 값을 설정하고, 상기 임계 값에 기초하여 상기 워크 피스에서 용접 이상 여부를 판단할 수 있다.According to an embodiment, the control unit acquires time series data of reflected light measured from a welded product in a normal state, performs statistical and artificial intelligence-based learning using the time series data of the reflected light, and based on the results of the learning. It is possible to set a threshold value associated with a normal range and determine whether there is a welding abnormality in the work piece based on the threshold value.

실시 예에 따르면, 상기 제어부는 제1 시간 구간에서 제1 전압을 갖는 제1 펄스들을 상기 워크 피스로 인가하여 상기 반사 전력과 연관된 제1 반사 전압을 모니터링하고, 상기 제1 시간 구간에 후속한 제2 시간 구간에서 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압을 갖는 제2 펄스들을 상기 워크 피스로 인가하여 상기 반사 전력과 연관된 제2 반사 전압을 모니터링하고, 상기 제1 반사 전압 및 상기 제2 반사 전압에 기초하여 상기 워크 피스의 용접 이상을 검출할 수 있다.According to an embodiment, the controller monitors the first reflected voltage associated with the reflected power by applying first pulses having a first voltage to the work piece in a first time interval, and monitors the first reflected voltage associated with the reflected power and the second pulse following the first time interval. Monitoring the second reflected voltage associated with the reflected power by applying second pulses having a second voltage greater than the first voltage to the work piece over a 2-time period, and adjusting the first and second reflected voltages to the first reflected voltage and the second reflected voltage. Based on this, welding abnormalities of the work piece can be detected.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 레이저 빔을 이용하여 용접 이상을 검출하는 시스템을 제공할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, a system for detecting welding abnormalities using a laser beam can be provided.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 기존의 반사광만을 이용한 용접 모니터링 시스템에 출사광까지 포함하여 모니터링을 실시하는 레이저 용접 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, a laser welding monitoring system that monitors by including emitted light in addition to the existing welding monitoring system using only reflected light can be provided.

반사광만을 이용하는 기존의 레이저 용접 모니터링 시스템은 용접 중의 이상현상만을 감지할 수 있으나, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 용접 중의 이상현상 뿐만 아니라, 이상현상이 용접 빔의 품질저하가 문제인지 실제 용접 중 이상현상이 발생하였는지 정확히 구분할 수 있다. Existing laser welding monitoring systems that use only reflected light can only detect abnormalities during welding, but according to at least one embodiment of the present invention, not only abnormal phenomena during welding but also whether the abnormal phenomenon is actually a problem of deterioration of the quality of the welding beam is a problem. It is possible to accurately distinguish whether an abnormality occurred during welding.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 용접품질을 개선하는데 있어서 정확한 문제원인을 파악하기 어려워 많은 비용 및 시간이 소요되는 문제를 해결할 수 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to solve the problem that it takes a lot of money and time to improve welding quality because it is difficult to determine the exact cause of the problem.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 출사광/반사광을 모두 이용한 본 레이저 용접 모니터링 시스템을 이용하여 레이저 용접 품질 관리 및 개선을 효과적으로 수행할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, laser welding quality control and improvement can be effectively performed using this laser welding monitoring system using both emitted and reflected light.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 출사광/반사광을 모두 이용한 본 레이저 용접 모니터링 시스템을 이용하여 레이저 용접 품질 관리 및 개선을 효과적으로 수행할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, laser welding quality control and improvement can be effectively performed using this laser welding monitoring system using both emitted and reflected light.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 출사광을 이용하여 빔의 2D이미지 및 형상, 직경, 센터위치를 실시간 측정하여 빔 품질에 영향을 줄 수 있는 인자인 오염, 데미지 등을 정확히 측정할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, contamination, damage, etc., which are factors that can affect beam quality, can be accurately measured by measuring the 2D image, shape, diameter, and center position of the beam in real time using emitted light. there is.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 출사광과 반사광을 모두 이용하는 LBAD(Laser Beam Anomaly Detection) 시스템을 이용하여 레이저 용접 시 발생하는 이상현상에 대해 체계적으로 관리할 수 있으며, 제품경쟁력 향상에 기여할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, abnormal phenomena occurring during laser welding can be systematically managed using a LBAD (Laser Beam Anomaly Detection) system that uses both emitted and reflected light, contributing to improving product competitiveness. You can.

도 1은 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템의 구성을 나타낸다.
도 2는 도 1의 레이저 용접 모니터링 시스템의 기구 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 도 1의 레이저 용접 모니터링 시스템의 각 구성들을 나타낸 블록도이다.
도 4는 시간 구간들 별로 동적으로 구성된 펄스들을 갖는 입력 빔을 이용하여 후 방사 빔을 측정하여 용접 부분의 이상 상태를 검출하는 실시예를 나타낸다.
도 5는 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템에서 시간 구간 내에서 입력 빔의 전력 값을 변경하면서 후 방사 빔의 전력 값을 검출한 결과를 나타낸다.
도 6은 실시 예에 빔 이미지, 레이저 입력 빔 및 후 방사 빔을 확인할 수 있도록 제어 장치의 디스플레이에 표시되는 특정 UI 화면을 나타낸 것이다.
1 shows the configuration of a laser welding monitoring system according to the present specification.
Figure 2 shows the mechanism structure of the laser welding monitoring system of Figure 1.
FIG. 3 is a block diagram showing each configuration of the laser welding monitoring system of FIG. 1.
Figure 4 shows an example of detecting an abnormal state of a welded portion by measuring a post-radiation beam using an input beam having pulses dynamically configured for each time section.
Figure 5 shows the results of detecting the power value of the post-radiation beam while changing the power value of the input beam within a time period in the laser welding monitoring system according to the present specification.
Figure 6 shows a specific UI screen displayed on the display of the control device to check the beam image, laser input beam, and post-radiation beam in an embodiment.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다It should be noted that the technical terms used in this specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Additionally, as used herein, singular expressions include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves.

본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.As used herein, “consists of.” or “including.” Terms such as these should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or steps may not be included, or additional components or steps may be included. It should be interpreted to include more.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. Additionally, when describing the technology disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the technology disclosed in this specification, the detailed description will be omitted.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes. In addition, each embodiment described below, as well as a combination of embodiments, are changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention, and of course, may fall within the spirit and technical scope of the present invention. .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템에 대해 상세히 설명하도록 한다. 레이저 용접 모니터링 시스템은 레이저 빔을 이용하여 용접 부위의 이상을 검출하므로, 레이저 빔 이상 검출 (LABD: Laser Beam Anomaly Detection) 시스템으로 지칭될 수 있다. Hereinafter, the laser welding monitoring system according to the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. Since the laser welding monitoring system detects abnormalities in the welding area using a laser beam, it may be referred to as a Laser Beam Anomaly Detection (LABD) system.

레이저 용접은 빠른 속도와 높은 에너지를 사용함에 있어서, 용접 중 제품의 불량 및 이상현상을 직접 관찰하기 어려운 상황이다. 이에 여러가지 방법의 레이저 용접 모니터링 시스템이 개발되고 있으며, 본 발명에 따른 LBAD 시스템도 그 중에 하나가 될 수 있다.Laser welding uses high speed and high energy, making it difficult to directly observe defects and abnormalities in the product during welding. Accordingly, various methods of laser welding monitoring systems are being developed, and the LBAD system according to the present invention can be one of them.

본 발명은 레이저 용접 모니터링 시스템에 관한 것으로, 기존의 반사광만을 이용한 용접 모니터링 시스템에 출사광까지 포함하여 모니터링을 실시하는 것이 특징이다. 레이저 그대로의 신호인 출사광에서는 빔의 2D이미지 및 형상(shape), 직경, 센터위치를 실시간 측정하여 빔 품질에 영향을 줄 수 있는 인자(오염, 데미지 등)를 측정한다. 용접 중 용접부의 현상이 반영된 반사광을 이용하여서는, 용접 중 이상현상(파워, 갭, 포커스 변화 및 이물/접힘)검출을 실시한다.The present invention relates to a laser welding monitoring system, and is characterized by monitoring by including emitted light in addition to the existing welding monitoring system using only reflected light. In the emitted light, which is the original laser signal, the 2D image, shape, diameter, and center position of the beam are measured in real time to measure factors that may affect beam quality (contamination, damage, etc.). Abnormalities (power, gap, focus changes, and foreign matter/folding) are detected during welding using reflected light that reflects the phenomenon of the weld zone.

이러한 LBAD 시스템은 모든 스캐너 타입의 레이저 용접에 있어서 적용할 수 있어 넓은 사용범위를 가질 수 있다. 이와 관련하여, 도 1은 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템의 구성을 나타낸다. This LBAD system can be applied to all scanner types in laser welding, so it has a wide range of use. In this regard, Figure 1 shows the configuration of a laser welding monitoring system according to the present specification.

도 1을 참조하면, 레이저 용접 모니터링 시스템은 워크 피스(work piece)(10); 스캐너(100), 빔 모니터링 유닛(200), 제1 센서 유닛(300) 및 제2 센서 유닛(400)을 포함하도록 구성될 수 있다. 빔 모니터링 유닛(200), 제1 센서 유닛(300) 및 제2 센서 유닛(400)을 각각 제1 모니터링 유닛, 제2 모니터링 유닛 및 제3 모니터링 유닛으로 지칭할 수 있다.Referring to Figure 1, the laser welding monitoring system includes a work piece (10); It may be configured to include a scanner 100, a beam monitoring unit 200, a first sensor unit 300, and a second sensor unit 400. The beam monitoring unit 200, first sensor unit 300, and second sensor unit 400 may be referred to as a first monitoring unit, a second monitoring unit, and a third monitoring unit, respectively.

워크 피스(work piece)(10)는 용접 이상을 검출하는 대상으로, 일정 영역에 용접이 이루어지도록 구성된다. 스캐너(100)는 워크 피스(10)를 향해 레이저 빔이 출사(radiate)되도록 적어도 일 축 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다. The work piece 10 is an object for detecting welding abnormalities and is configured to allow welding to occur in a certain area. The scanner 100 may be configured to move in at least one axis direction so that a laser beam radiates toward the work piece 10.

빔 모니터링 유닛(200)은 광원(light source)(101)에서 방출되는 출사광을 이용하여 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성될 수 있다. 제1 센서 유닛(300)은 광원(101)에서 방출되는 출사광을 이용하여 레이저 빔의 출력 전력(output power)를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 제2 센서 유닛(400)은 워크 피스(10)에서 반사되는 반사광을 이용하여 워크 피스(10)의 용접 이상을 모니터링하도록 구성될 수 있다.The beam monitoring unit 200 may be configured to monitor the quality of a laser beam using emitted light from a light source 101 and detect contamination or damage to the optical system. The first sensor unit 300 may be configured to monitor the output power of the laser beam using the emitted light from the light source 101. The second sensor unit 400 may be configured to monitor welding abnormalities of the work piece 10 using reflected light reflected from the work piece 10.

본 발명에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템, 즉 레이저 빔 이상 검출(Laser Beam Anomaly Detection: LBAD) 시스템의 특징과 동작은 다음과 같이 요약될 수 있다. 초기 레이저 용접기의 설치시 LBAD 시스템을 고려하지 않은 경우에는 주변부와 간섭이 일어나는 현상이 발생할 수 있다. 광 섬유(fiber optic) 구조를 이용하여 광원이 LBAD 시스템의 스캐너의 각 구조가 간섭부로 작용하여 광원과 각 구조 간의 간섭을 방지함으로써 용접 이상 현상을 검출하는 LBAD 시스템이 적용될 수 있다.The characteristics and operation of the laser welding monitoring system according to the present invention, that is, the Laser Beam Anomaly Detection (LBAD) system, can be summarized as follows. If the LBAD system is not considered when initially installing a laser welder, interference with surrounding areas may occur. An LBAD system that detects welding anomalies by using an optical fiber (fiber optic) structure where the light source acts as an interference unit and each structure of the scanner of the LBAD system prevents interference between the light source and each structure can be applied.

레이저 빔을 이용하는 LBAD 시스템에서 반사광 량뿐만 아니라 레이저 빔의 이미지와 출사광 량을 이용하여 LBAD 시스템이 구현될 수 있다. 반사광 량은 레이저 광원에 의한 반사광 이외에 자외선(UV) 및 근적외선(near infra-red: NIR)에 의한 반사광을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 레이저 빔 이상 검출(LBAD) 시스템은 출사광과 반사광을 모두 이용하여 용접 이상을 감지할 수 있다. 구체적으로, LBAD 시스템은 1개의 출사광과 3개의 반사광을 이용하여 광량 시계열 데이터를 획득하여 워크 피스의 용접 이상을 검출할 수 있다.In an LBAD system using a laser beam, the LBAD system can be implemented using not only the amount of reflected light but also the image of the laser beam and the amount of emitted light. The amount of reflected light may include reflected light from ultraviolet (UV) and near infrared (NIR) rays in addition to reflected light from the laser light source. The laser beam abnormality detection (LBAD) system according to the present invention can detect welding abnormalities using both emitted light and reflected light. Specifically, the LBAD system can detect welding abnormalities in a work piece by acquiring light quantity time series data using one emitted light and three reflected lights.

빔 모니터링 유닛(200), 제1 센서 유닛(300) 및 제2 센서 유닛(400)은 스캐너(100)의 특정 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2는 도 1의 레이저 용접 모니터링 시스템의 기구 구조를 나타낸 것이다. The beam monitoring unit 200, the first sensor unit 300, and the second sensor unit 400 may be placed in a specific area of the scanner 100. In this regard, Figure 2 shows the mechanical structure of the laser welding monitoring system of Figure 1.

도 2를 참조하면, 스캐너(100)는 자체 기구 구조와 이와 결합되는 제1 구조(1100) 및 제2 구조(1200)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 구조(1100)에 빔 모니터링 유닛(200) 및 레이저 입력 빔을 획득하는 제1 센서 유닛(300)이 구비될 수 있다. 제1 구조(1100)가 빔 이미지를 획득하여 측정하므로, 제1 구조(1100)에 빔 이미지 카메라 (beam image camera)가 구비될 수 있다. 제2 구조(1200)에 후 방사 빔(back reflection beam)을 획득하는 제2 센서 유닛(400)이 구비될 수 있다.Referring to FIG. 2, the scanner 100 may be configured to include its own mechanical structure and a first structure 1100 and a second structure 1200 coupled thereto. The first structure 1100 may be provided with a beam monitoring unit 200 and a first sensor unit 300 that acquires a laser input beam. Since the first structure 1100 acquires and measures beam images, the first structure 1100 may be equipped with a beam image camera. A second sensor unit 400 that acquires a back reflection beam may be provided in the second structure 1200.

도 1 및 도 2를 참조하면, 빔 모니터링 유닛(200) 및 제1 센서 유닛(300)은 스캐너(100)의 하단 부(lower end portion)에 결합된 제1 구조(1100)에 구비될 수 있다. 제2 센서 유닛(500)은 스캐너(100)의 일 측 영역에 결합된 제2 구조(1200)에 구비될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 레이저 빔 이상 검출 시스템은 출사광을 이용한 빔 모니터링 시스템의 하드웨어 모듈과 반사광을 이용한 모니터링 시스템과 병합된 시스템으로 구현될 수 있다.1 and 2, the beam monitoring unit 200 and the first sensor unit 300 may be provided in the first structure 1100 coupled to the lower end portion of the scanner 100. . The second sensor unit 500 may be provided in the second structure 1200 coupled to one side area of the scanner 100. Therefore, the laser beam abnormality detection system according to the present specification can be implemented as a system that combines the hardware module of the beam monitoring system using emitted light and the monitoring system using reflected light.

스캐너(100)는 광원(101), 콜리메이터(collimator)(102), 제1 미러(110) 및 갈바노 미러(120)를 포함하도록 구성될 수 있다. 광원(101)은 광섬유 광원(optical fiber light source)으로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광원(101)은 스캐너(100)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 광원(101) 중 일부 영역이 스캐너(100)의 상판의 상부 영역에 노출되게 광원(101)이 형성될 수 있다. 광원(101)은 레이저 빔을 생성하여 출사광이 하부 방향으로 진행되도록 구성될 수 있다. 콜리메이터(102)는 광원(101)으로부터 방출된 입사 광 (출사 광)이 평행하게 진행되어 제1 미러(110)로 입사되도록 구성될 수 있다.The scanner 100 may be configured to include a light source 101, a collimator 102, a first mirror 110, and a galvano mirror 120. The light source 101 may be implemented as an optical fiber light source, but is not limited thereto. The light source 101 may be placed in the upper area of the scanner 100. The light source 101 may be formed so that a portion of the light source 101 is exposed to the upper area of the upper plate of the scanner 100. The light source 101 may be configured to generate a laser beam so that the emitted light travels downward. The collimator 102 may be configured to allow incident light (outgoing light) emitted from the light source 101 to proceed in parallel and enter the first mirror 110 .

제1 미러(110)는 출사광을 수평 방향으로 반사되는 제1 반사광과 하부 방향으로 투과되는 제1 투과광으로 분리하도록 구성될 수 있다. 제1 미러(110)는 수평면에 대해 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 미러(110)는 수평면에 대해 45도 각도로 경사지게 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 응용에 따라 다른 각도로 형성될 수 있다. 제1 미러(110)는 임계 수준 이상의 해상도를 갖는 고해상도 (high resolution: HR) 미러로 구현될 수 있다.The first mirror 110 may be configured to separate the emitted light into first reflected light that is reflected in the horizontal direction and first transmitted light that is transmitted in the downward direction. The first mirror 110 may be formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the horizontal plane. For example, the first mirror 110 may be formed to be inclined at a 45 degree angle with respect to the horizontal plane, but is limited thereto and may be formed at a different angle depending on the application. The first mirror 110 may be implemented as a high resolution (HR) mirror with a resolution above a critical level.

갈바노 미러(120)는 제1 반사광의 진행 방향을 변경하도록 구성될 수 있다. 갈바노 미러(120)를 통과한 광은 워크 피스(10)의 용접 지점(welding point)에서 반사되고 갈바노 미러(120)를 통과하여 제2 반사광을 형성할 수 있다. 제2 반사광은 제1 미러(110)를 통과하도록 구성될 수 있다.The galvano mirror 120 may be configured to change the direction of travel of the first reflected light. Light passing through the galvano mirror 120 may be reflected at a welding point of the work piece 10 and pass through the galvano mirror 120 to form second reflected light. The second reflected light may be configured to pass through the first mirror 110.

스캐너(100)는 렌즈(171) 및 글래스(172)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 렌즈(171)는 에프쎄타(F-theta) 렌즈와 같은 스캐닝 렌즈로 구현될 수 있다. 렌즈(171)는 서브 영역들 별로 워크 피스(10, 10b) 표면 형태, 형상 및 표면 거칠기 등을 검출하도록 구성될 수 있다. 글래스(172)는 렌즈(171, 171b)를 커버하여 글래스(172, 172b)를 보호하도록 구성될 수 있다.The scanner 100 may be configured to further include a lens 171 and glass 172. The lens 171 may be implemented as a scanning lens such as an F-theta lens. The lens 171 may be configured to detect the surface shape, shape, and surface roughness of the work pieces 10 and 10b for each sub-area. The glass 172 may be configured to cover the lenses 171 and 171b to protect the glasses 172 and 172b.

제2 구조(1200)는 제2 미러(130) 및 제2 센서 유닛(400)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 미러(130)는 제2 구조(1200)인 CCD 카메라의 내부에 구비될 수 있다. 제2 미러(130)는 제1 미러(110)와 제1 센서 유닛(300) 사이에 배치될 수 있다. 제2 센서 유닛(400)은 제2 구조(1200)인 CCD 카메라의 일 측 영역에 배치될 수 있다. 제2 센서 유닛(400)은 제1 미러(110) 및 제2 미러(130)를 통과한 제2 반사광을 이용하여 워크 피스(10)의 용접 이상을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 제2 센서 유닛(400)은 제2 구조(1200)의 후 방사 획득(back radiation acquisition) 유닛에 구비될 수 있다.The second structure 1200 may be configured to include a second mirror 130 and a second sensor unit 400. The second mirror 130 may be provided inside the CCD camera, which is the second structure 1200. The second mirror 130 may be disposed between the first mirror 110 and the first sensor unit 300. The second sensor unit 400 may be disposed in one area of the CCD camera, which is the second structure 1200. The second sensor unit 400 may be configured to monitor welding abnormalities of the work piece 10 using the second reflected light passing through the first mirror 110 and the second mirror 130. The second sensor unit 400 may be provided in a back radiation acquisition unit of the second structure 1200.

제1 구조(1100)는 제3 미러(140), 빔 모니터링 유닛(200) 및 제1 센서 유닛(300)을 포함하도록 구성될 수 있다.The first structure 1100 may be configured to include a third mirror 140, a beam monitoring unit 200, and a first sensor unit 300.

제3 미러(140)는 제1 투과광을 수평 방향으로 반사되는 제3 반사광과 하부 방향으로 투과되는 제3 투과광으로 분리하도록 구성될 수 있다. 빔 모니터링 유닛(200)은 제1 구조(1100)의 일 측 영역에 결합될 수 있다. 빔 모니터링 유닛(200)은 제3 미러(140)에서 반사된 제3 반사광을 이용하여 레이저 빔의 품질을 모니터링할 수 있다. 빔 모니터링 유닛(200)은 제3 반사광을 이용하여 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성될 수 있다.The third mirror 140 may be configured to separate the first transmitted light into the third transmitted light that is reflected in the horizontal direction and the third transmitted light that is transmitted in the downward direction. The beam monitoring unit 200 may be coupled to one side area of the first structure 1100. The beam monitoring unit 200 may monitor the quality of the laser beam using the third reflected light reflected from the third mirror 140. The beam monitoring unit 200 may be configured to monitor the quality of the laser beam using the third reflected light and detect contamination or damage to the optical system.

제1 센서 유닛(300)은 제1 구조(1100)의 하단부에 결합될 수 있다. 제1 센서 유닛(300)은 레이저 빔의 출력 전력을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 제1 센서 유닛(300)은 제1 구조(1100)의 레이저 입력 빔 획득 유닛(laser beam acquisition unit)에 구비될 수 있다.The first sensor unit 300 may be coupled to the lower end of the first structure 1100. The first sensor unit 300 may be configured to monitor the output power of the laser beam. The first sensor unit 300 may be provided in a laser beam acquisition unit of the first structure 1100.

빔 모니터링 유닛(200)은 이미지 기반 알고리즘을 적용하여 빔 프로파일, 예컨대 빔 품질(beam quality)을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 빔 모니터링 유닛(200)은 빔 프로파일러(beam profiler)로 지칭될 수 있다. The beam monitoring unit 200 may be configured to monitor a beam profile, such as beam quality, by applying an image-based algorithm. The beam monitoring unit 200 may be referred to as a beam profiler.

빔 모니터링 유닛(200)은 레이저 빔의 2차원 이미지 및 분포를 감지하고, 레이저 빔의 형상을 측정 및 저장하도록 구성될 수 있다. 빔 모니터링 유닛(200)은 레이저 빔의 직경 및 빔 센터 위치를 체크하도록 구성될 수 있다. 빔 모니터링 유닛(200)은 레이저 빔의 품질에 영향을 주는 인자를 검출하여, 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성될 수 있다. The beam monitoring unit 200 may be configured to detect a two-dimensional image and distribution of a laser beam, and measure and store the shape of the laser beam. The beam monitoring unit 200 may be configured to check the diameter and beam center position of the laser beam. The beam monitoring unit 200 may be configured to detect contamination or damage to the optical system by detecting factors that affect the quality of the laser beam.

제1 센서 유닛(300)은 단일 센서로 구현될 수 있다. 제1 센서 유닛(300)은 광 대역 파장(wide band wavelength)의 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 제1 센서 유닛(300)은 350nm 내지 1100nm 파장의 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 제2 센서 유닛(400)도 단일 센서로 구현될 수 있다. 제2 센서 유닛(400)은 광 대역 파장(wide band wavelength)의 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 제2 센서 유닛(400)은 350nm 내지 1100nm 파장의 광을 검출하도록 구성될 수 있다. The first sensor unit 300 may be implemented as a single sensor. The first sensor unit 300 may be configured to detect light of a wide band wavelength. The first sensor unit 300 may be configured to detect light with a wavelength of 350 nm to 1100 nm. The second sensor unit 400 may also be implemented as a single sensor. The second sensor unit 400 may be configured to detect light of a wide band wavelength. The second sensor unit 400 may be configured to detect light with a wavelength of 350 nm to 1100 nm.

제3 미러(140)는 제1 미러(110)와 제1 센서 유닛(300) 사이에 배치될 수 있다. 제1 미러(110)는 수평면에 대해 45도 방향으로 경사진 형태로 배치될 수 있다. 제3 미러(140)는 수평면에 대해 -45도 방향으로 경사진 형태로 배치될 수 있다. 제1 센서 유닛(300)은 제3 미러(140)를 투과한 제3 투과광을 수신하여 레이저 빔의 출력 전력을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 광원(101)의 출사광이 제1 미러(110) 및 제3 미러(140)를 투과한 제3 투과광이 제1 센서 유닛(300)으로 수신될 수 있다.The third mirror 140 may be disposed between the first mirror 110 and the first sensor unit 300. The first mirror 110 may be disposed inclined at 45 degrees with respect to the horizontal plane. The third mirror 140 may be disposed inclined in a direction of -45 degrees with respect to the horizontal plane. The first sensor unit 300 may be configured to receive the third transmitted light that has transmitted through the third mirror 140 and monitor the output power of the laser beam. In this regard, the third transmitted light, in which the light emitted from the light source 101 passes through the first mirror 110 and the third mirror 140, may be received by the first sensor unit 300.

갈바노 미러(120)는 하나 이상의 미러들로 구현되어 출사광 또는 투과광의 경로가 단계적으로 (점진적으로) 변경되도록 구성될 수 있다. 갈바노 미러(120)는 제1 갈바노 미러(121) 및 제2 갈바노 미러(122)를 포함하도록 구성될 수 있다. The galvano mirror 120 may be implemented with one or more mirrors so that the path of emitted or transmitted light is changed step by step (gradually). The galvano mirror 120 may be configured to include a first galvano mirror 121 and a second galvano mirror 122.

제1 갈바노 미러(121)는 제1 미러(110)의 타 측 영역에 배치될 수 있다. 는 제1 미러(110)의 일 측 영역에 제2 미러(130)가 배치될 수 있다. 제1 갈바노 미러(121)와 제2 미러(130) 사이에 제1 미러(110)가 배치될 수 있다. 제1 갈바노 미러(121)는 제1 미러(110)에서 반사된 제1 반사광이 소정 각도만큼 굴절된 제1 굴절광으로 형성되도록 구성될 수 있다. The first galvano mirror 121 may be disposed in an area on the other side of the first mirror 110. The second mirror 130 may be disposed on one side of the first mirror 110. The first mirror 110 may be disposed between the first galvano mirror 121 and the second mirror 130. The first galvano mirror 121 may be configured to form first refracted light in which the first reflected light reflected from the first mirror 110 is refracted by a predetermined angle.

제2 갈바노 미러(122)는 제1 미러(110)의 타 측 영역에 배치될 수 있다. 제2 갈바노 미러(122)는 제1 갈바노 미러(121)의 타 측의 하부 영역에 배치될 수 있다. 제1 미러(110)와 제2 갈바노 미러(122) 사이에 제1 갈바노 미러(121)가 배치될 수 있다. 제2 갈바노 미러(122)는 제1 갈바노 미러(121)에서 굴절된 제1 굴절광이 소정 각도만큼 굴절되어 하부 방향으로 제2 굴절광으로 형성되도록 구성될 수 있다. The second galvano mirror 122 may be disposed in an area on the other side of the first mirror 110. The second galvano mirror 122 may be disposed in a lower area on the other side of the first galvano mirror 121. A first galvano mirror 121 may be disposed between the first mirror 110 and the second galvano mirror 122. The second galvano mirror 122 may be configured so that the first refracted light refracted by the first galvano mirror 121 is refracted at a predetermined angle to form second refracted light in the downward direction.

제2 센서 유닛(400)은 제3 미러(140)에서 반사된 제3 반사광을 수신하여 레이저 빔의 반사 전력을 모니터링하도록 구성될 수 있다. The second sensor unit 400 may be configured to receive the third reflected light reflected from the third mirror 140 and monitor the reflected power of the laser beam.

한편, 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템은 전술한 구성들의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 3은 도 1의 레이저 용접 모니터링 시스템의 각 구성들을 나타낸 블록도이다.Meanwhile, the laser welding monitoring system according to the present specification may be configured to control the operations of the above-described components. In this regard, FIG. 3 is a block diagram showing each configuration of the laser welding monitoring system of FIG. 1.

도 3을 참조하면, 레이저 용접 모니터링 시스템은 워크 피스(10, 광원(101), 제1 미러(110) 및 갈바노 미러(120)를 포함하도록 구성될 수 있다. 레이저 용접 모니터링 시스템은 제어부(180)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제어부(180)는 워크 피스(10)에서 반사된 반사광의 반사 전력에 기초하여 갭, 포커스 변화, 이물 및 접힘 현상을 포함하는 용접 이상을 검출하도록 구성될 수 있다. Referring to Figure 3, the laser welding monitoring system may be configured to include a work piece 10, a light source 101, a first mirror 110, and a galvano mirror 120. The laser welding monitoring system includes a control unit 180. ) may be configured to further include. The control unit 180 may be configured to detect welding abnormalities including gaps, focus changes, foreign matter, and folding phenomena based on the reflected power of the reflected light reflected from the work piece 10. there is.

도 3을 참조하면, 레이저 용접 모니터링 시스템은 둘 이상의 워크 피스들의 용접 이상 상태를 선택적으로 검출하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 레이저 용접 모니터링 시스템은 렌즈(171, 171b) 및 글래스(172, 172b)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. Referring to FIG. 3, the laser welding monitoring system may be configured to selectively detect abnormal welding states of two or more work pieces. In this regard, the laser welding monitoring system may be configured to further include lenses 171 and 171b and glasses 172 and 172b.

렌즈(171, 171b)는 에프쎄타(F-theta) 렌즈와 같은 스캐닝 렌즈로 구현될 수 있다. 렌즈(171, 171b)는 서브 영역들 별로 워크 피스(10, 10b) 표면 형태, 형상 및 표면 거칠기 등을 검출하도록 구성될 수 있다. 글래스(172, 172b)는 렌즈(171, 171b)를 커버하여 글래스(172, 172b)를 보호하도록 구성될 수 있다.The lenses 171 and 171b may be implemented as scanning lenses such as F-theta lenses. The lenses 171 and 171b may be configured to detect the surface shape, shape, and surface roughness of the work pieces 10 and 10b for each sub-area. The glasses 172 and 172b may be configured to cover the lenses 171 and 171b to protect the glasses 172 and 172b.

제어부(180)는 빔 스위치(181)를 구비할 수 있다. 빔 스위치(181)는 제1 계통(100a) 및 제2 계통(100b) 중 어느 하나를 선택하여 제1 워크 피스(10) 또는 제2 워크 피스(10b)에 대한 용접 이상을 검출하도록 구성될 수 있다.The control unit 180 may include a beam switch 181. The beam switch 181 may be configured to detect welding abnormalities for the first work piece 10 or the second work piece 10b by selecting any one of the first system 100a and the second system 100b. there is.

콜리메이터(collimator)(102, 102b)는 입사 광을 평행하게 진행되도록 구성될 수 있다. 제1 콜리메이터(102)는 광원(101)의 광이 제1 계통(100a)으로 인가되도록 제1 경로 상에 배치될 수 있다. 제2 콜리메이터(102b)는 광원(101)의 광이 제2계통(100b)으로 인가되도록 제2 경로 상에 배치될 수 있다.Collimators 102 and 102b may be configured to propagate incident light in parallel. The first collimator 102 may be disposed on the first path so that light from the light source 101 is applied to the first system 100a. The second collimator 102b may be disposed on the second path so that light from the light source 101 is applied to the second system 100b.

제1 미러(110), 갈바노 미러(120), 렌즈(171), 글래스(172)를 포함하는 제1 계통(100a)은 워크 피스(10)의 용접 이상을 검출하기 위해 워크 피스(10)를 영역 별로 스캔하는 제1 스캔 헤드를 구성할 수 있다. 제1 미러(110b), 갈바노 미러(120b), 렌즈(171b), 글래스(172b)를 포함하는 제2 계통(100b)은 워크 피스(10b)의 용접 이상을 검출하기 위해 워크 피스(10b)를 영역 별로 스캔하는 제2 스캔 헤드를 구성할 수 있다.The first system 100a, which includes the first mirror 110, the galvano mirror 120, the lens 171, and the glass 172, is used to detect welding abnormalities in the work piece 10. A first scan head can be configured to scan for each area. The second system 100b, which includes the first mirror 110b, the galvano mirror 120b, the lens 171b, and the glass 172b, is used to detect welding abnormalities in the work piece 10b. A second scan head can be configured to scan for each area.

제1 계통(100a)에서 제1 미러(110)와 갈바노 미러(120) 사이에 빔 모니터링 유닛(130)과 제1 센서 유닛(300)이 배치될 수 있다. 제2 계통(100b)에서 제1 미러(110b)와 갈바노 미러(120b) 사이에 빔 모니터링 유닛(130b) 과 제1 센서 유닛(300)이 배치될 수 있다. 제1 미러(110, 110b)를 투과한 제1 투과광은 빔 모니터링 유닛(130, 130b) 과 제1 센서 유닛(300, 300b)으로 전달된다. 제1 미러(110, 110b)에서 반사된 제1 반사광은 갈바노 미러(120, 120b)로 전달된다.In the first system 100a, a beam monitoring unit 130 and a first sensor unit 300 may be disposed between the first mirror 110 and the galvano mirror 120. In the second system 100b, a beam monitoring unit 130b and a first sensor unit 300 may be disposed between the first mirror 110b and the galvano mirror 120b. The first transmitted light passing through the first mirrors 110 and 110b is transmitted to the beam monitoring units 130 and 130b and the first sensor units 300 and 300b. The first reflected light reflected from the first mirrors 110 and 110b is transmitted to the galvano mirrors 120 and 120b.

제1 계통(100a)에서 워크 피스(10)에서 반사된 반사광이 제2 센서 유닛(400)으로 전달될 수 있다. 제2 계통(100b)에서 워크 피스(10b)에서 반사된 반사광이 제2 센서 유닛(400b)으로 전달될 수 있다. 워크 피스(10, 10b)에서 반사된 반사광은 갈바노 미러(120, 120b) 및 제1 미러(110, 110b)를 통과하여 제2 센서 유닛(400, 400b)으로 전달될 수 있다. The reflected light reflected from the work piece 10 in the first system 100a may be transmitted to the second sensor unit 400. The reflected light reflected from the work piece 10b in the second system 100b may be transmitted to the second sensor unit 400b. The reflected light reflected from the work pieces 10 and 10b may pass through the galvano mirrors 120 and 120b and the first mirrors 110 and 110b and be transmitted to the second sensor units 400 and 400b.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제어부(180)는 제1 센서 유닛(300)에서 모니터링된 출력 전력과 제2 센서 유닛(400)에서 모니터링된 반사 전력의 차이에 기초하여 용접 이상 현상을 검출할 수 있다. 용접 이상 현상은 레이저 빔의 오 출사, 비정상 위치 출사 및 지그 결합 불량을 포함할 수 있다.1 to 3, the control unit 180 detects a welding abnormality based on the difference between the output power monitored by the first sensor unit 300 and the reflected power monitored by the second sensor unit 400. You can. Welding abnormalities may include incorrect laser beam emission, abnormal position emission, and jig joint defects.

제어부(180)는 정상 상태의 용접품에서 측정된 레이저 빔의 이미지를 기준 이미지로 설정할 수 있다. 제어부(180)는 워크 피스에서 측정된 레이저 빔의 이미지를 상기 기준 이미지와 비교하여, 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성될 수 있다.The control unit 180 may set the image of the laser beam measured from the welded product in a normal state as the reference image. The control unit 180 may be configured to compare the image of the laser beam measured from the work piece with the reference image, monitor the quality of the laser beam, and detect contamination or damage to the optical system.

제어부(180)는 정상 상태의 용접품에서 측정된 반사광의 시계열 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다. 제어부(180)는 반사광의 시계열 데이터를 이용하여 통계 및 인공 지능 기반의 학습을 수행하고, 학습의 결과에 기초하여 정상 범위와 연관된 임계 값을 설정하도록 구성될 수 있다. 제어부(180)는 임계 값에 기초하여 워크 피스(10)에서 용접 이상 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.The control unit 180 may be configured to acquire time series data of reflected light measured from a welded product in a normal state. The control unit 180 may be configured to perform statistical and artificial intelligence-based learning using time series data of reflected light, and set a threshold value associated with the normal range based on the results of the learning. The control unit 180 may be configured to determine whether there is a welding abnormality in the work piece 10 based on a threshold value.

구체적으로, 빔 모니터링 유닛(200)에서 빔 품질 모니터링이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 광 섬유에서 빔 이미지 카메라 까지의 경로 중에 광학계의 오염/데미지가 발생할 경우 레이저 빔은 정상적인 빔의 형태를 유지할 수 없다. 따라서, 정상적인 레이저 빔의 형태를 기준 이미지로 설정될 수 있다. 이와 관련하여, 정상적인 빔의 형태는 레이저의 모드 별로 상이할 수 있다. Specifically, beam quality monitoring may be performed in the beam monitoring unit 200. In this regard, if contamination/damage of the optical system occurs during the path from the optical fiber to the beam image camera, the laser beam cannot maintain its normal beam shape. Therefore, the normal shape of the laser beam can be set as the reference image. In this regard, the normal beam shape may differ depending on the mode of the laser.

한편, 공정에서 정상적인 용접품을 생산하고 있는 과정 중 계측된 빔의 이미지가 기준 이미지로 설정될 수 있다. 한편, 오염/데미지가 발생 시 빔의 형태가 변경된다는 가정 하에 빔의 형태 변동을 감지할 수 있는 알고리즘이 설정될 수 있다. 빔의 형태 변동을 감지하는 것과 관련하여, 빔 이미지의 전체 에너지, 형상, 직경, 센터 위치 등이 고려될 수 있다. 각 알고리즘에 따라 측정된 빔의 이미지의 결과를 기준 이미지와 비교하여 임계값을 초과한 경우 용접 이상 현상으로 판단/검출될 수 있다.Meanwhile, the image of the beam measured during the process of producing a normal welded product may be set as the reference image. Meanwhile, an algorithm that can detect changes in the shape of the beam can be established under the assumption that the shape of the beam changes when contamination/damage occurs. Regarding detecting changes in the shape of the beam, the total energy, shape, diameter, center position, etc. of the beam image may be considered. The results of the beam image measured according to each algorithm are compared with the reference image, and if the threshold value is exceeded, it can be judged/detected as a welding abnormality.

레이저 빔이 입력되는 제1 센서 유닛(300)에서 레이저의 출사 파워에 자체에 대한 실시간 모니터링이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, LBAD 시스템에서 반사광의 영향이 미비하므로, 레이저의 출사 파워에 대한 실시간 모니터링이 수행될 수 있다. 출사광만으로 갭, 포커스 변화, 이물/접힘 등의 용접 이상 현상을 직접적으로 구별하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 출사광 량과 입사광 량의 측정된 신호의 차이로 오 출사, 비정상 위치 출사, 지그 간 결합 등과 연관된 추가적인 이상 현상이 검출될 수 있다.Real-time monitoring of the emission power of the laser may be performed in the first sensor unit 300 to which the laser beam is input. In this regard, since the influence of reflected light in the LBAD system is minimal, real-time monitoring of the output power of the laser can be performed. It may be difficult to directly distinguish welding abnormalities such as gaps, focus changes, foreign substances/folds, etc. using only the emitted light. Accordingly, additional abnormalities related to erroneous emission, abnormal position emission, coupling between jigs, etc. may be detected due to the difference between the measured signals of the amount of emitted light and the amount of incident light.

제2 센서 유닛(400)에서 후 방사(back reflection)에 대한 측정이 이루어질 수 있다. 용접 중 이상현상인 파워, 갭, 포커스 변화, 이물/접힘 등이 발생 시 후 방사 빔은 정상적인 빔의 패턴과 다른 패턴이나 특징을 나타낸다. 따라서, 정상 상태의 광량 시계열 데이터를 획득한 이후, 해당 데이터를 이용하여 통계 및 AI 기반의 방법론을 통해 학습 후 정상 범위가 설정될 수 있다. 이상 현상 발생 시 정상 상태의 시계열 데이터와 다른 패턴/특징을 나타낼 수 있다. 따라서, 다른 패턴 특징을 알고리즘을 통해 정량화 하여 임계값을 설정하고, 설정된 임계값을 초과하면 용접 부위의 이상 현상으로 판단/검출될 수 있다.Measurement of back reflection may be performed in the second sensor unit 400. When abnormal phenomena such as power, gap, focus change, foreign matter/folding, etc. occur during welding, the post-radiated beam shows a pattern or characteristic that is different from the normal beam pattern. Accordingly, after acquiring light intensity time series data in a steady state, a normal range can be set after learning through statistical and AI-based methodology using the data. When an abnormality occurs, it may show patterns/features that are different from normal time series data. Therefore, other pattern characteristics are quantified through an algorithm to set a threshold, and if it exceeds the set threshold, it can be judged/detected as an abnormality in the welding area.

한편, 도 3의 복수의 워크 피스들(10, 10b)의 용접 이상을 검출하는 레이저 용접 모니터링 시스템은 하나의 워크 피스에 대해 영역 별로 용접 이상을 검출하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 계통(100a)이 워크 피스(10)의 제1 영역의 용접 이상을 검출하도록 구성될 수 있다. 제2 계통(100b)이 워크 피스(10)의 제2 영역의 용접 이상을 검출하도록 구성될 수 있다. Meanwhile, the laser welding monitoring system that detects welding abnormalities in the plurality of work pieces 10 and 10b of FIG. 3 may be configured to detect welding abnormalities for each area of one work piece. In this regard, the first system 100a may be configured to detect a welding abnormality in the first area of the work piece 10. The second system 100b may be configured to detect a welding abnormality in the second area of the work piece 10.

한편, 도 3의 레이저 용접 모니터링 시스템은 복수의 워크 피스들(10, 10b)에 대한 용접 이상 검출을 제1 및 제2 계통(100a, 100b)을 통해 동시에 수행할 수 있다. 또는, 도 3의 레이저 용접 모니터링 시스템은 하나의 워크 피스의 복수의 영역들에 대한 용접 이상 검출을 제1 및 제2 계통(100a, 100b)을 통해 동시에 수행할 수 있다. 이에 따라 레이저 용접 모니터링 시스템은 복수의 워크 피스들 또는 일정 크기 이상의 단일 워크 피스에 대한 용접 이상 검출을 빠르고 정확하게 수행할 수 있다.Meanwhile, the laser welding monitoring system of FIG. 3 can simultaneously detect welding abnormalities for a plurality of work pieces 10 and 10b through the first and second systems 100a and 100b. Alternatively, the laser welding monitoring system of FIG. 3 may simultaneously detect welding abnormalities in a plurality of areas of one work piece through the first and second systems 100a and 100b. Accordingly, the laser welding monitoring system can quickly and accurately detect welding abnormalities for a plurality of work pieces or a single work piece of a certain size or more.

한편, 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템은 시간 구간들 별로 동적으로 구성된 펄스들을 갖는 입력 빔을 이용하여 후 방사 빔을 측정하여 용접 부분의 이상 상태를 검출할 수 있다. 이와 관련하여, 도 4는 시간 구간들 별로 동적으로 구성된 펄스들을 갖는 입력 빔을 이용하여 후 방사 빔을 측정하여 용접 부분의 이상 상태를 검출하는 실시예를 나타낸다. Meanwhile, the laser welding monitoring system according to the present specification can detect an abnormal state of the welded portion by measuring the post-radiation beam using an input beam with dynamically configured pulses for each time section. In this regard, FIG. 4 shows an embodiment of detecting an abnormal state of a welded portion by measuring a post-radiation beam using an input beam having pulses dynamically configured for each time section.

도 4(a)는 레이저 빔 이상 검출(laser beam anomaly detection: LBAD) 시스템에서 출사광에 해당하는 입력 빔(input beam)을 시간 구간 별로 나타낸 것이다. 고해상도(HR) 미러인 제1 미러를 투과한 이후의 bear beam을 계측하여 입력 빔이 획득될 수 있다. 입력 빔은 반사광의 영향이 일정 수준 이하로 무시할 수 있어, 출사광 자체의 신호로 간주될 수 있다.Figure 4(a) shows the input beam corresponding to the emitted light in a laser beam anomaly detection (LBAD) system by time section. The input beam can be obtained by measuring the bear beam after passing through the first mirror, which is a high-resolution (HR) mirror. The input beam can be considered a signal of the emitted light itself, as the influence of reflected light can be ignored below a certain level.

도 4(b)는 LBAD 시스템에서 후 방사 빔(back reflection beam)을 시간 구간 별로 나타낸 것이다. 출사광과 용접 부에서의 반사광이 합성된 후 방사 빔이 도 4(b)와 같이 측정될 수 있다. 이와 관련하여, LBAD 시스템은 용접 중에 용접 부에서의 현상이 반사 광에 반영되어 도 4(b)와 같이 후 방사 빔이 측정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 레이저 전력을 실시간으로 확인하여 용접 중 이상 현상에 대한 실시간 확인이 가능하다.Figure 4(b) shows the back reflection beam by time section in the LBAD system. After the emitted light and the reflected light from the weld are combined, the radiation beam can be measured as shown in FIG. 4(b). In this regard, in the LBAD system, the phenomenon at the weld zone during welding is reflected in the reflected light, so that the after-radiation beam can be measured as shown in FIG. 4(b). Therefore, the present invention enables real-time confirmation of abnormalities during welding by checking laser power in real time.

도 4의 LBAD 시스템에서 레이저 광원에서 방출되는 출사광과 광량 센서에 해당하는 제1 및 제2 센서 유닛에서 수신되는 투과광 및 반사광을 이용하여 용접 이상을 검출할 수 있다. LBAD 시스템에서 광량 센서의 데이터 특징은 입력 빔 및 후 방사 빔으로 표현될 수 있다.In the LBAD system of FIG. 4, welding abnormalities can be detected using emitted light emitted from a laser light source and transmitted light and reflected light received from the first and second sensor units corresponding to the light quantity sensor. In an LBAD system, the data characteristics of a light sensor can be expressed in terms of an input beam and a post-emission beam.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 제어부(180)는 제1 시간 구간에서 제1 전압을 갖는 제1 펄스들을 워크 피스(10)로 인가하여 반사 전력과 연관된 제1 반사 전압을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 제1 시간 구간에 후속한 제2 시간 구간에서 제어부(180)가 제2 반사 전압을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제어부(180)는 제2 시간 구간에서 제1 전압보다 큰 제2 전압을 갖는 제2 펄스들을 워크 피스(10)로 인가하여 반사 전력과 연관된 제2 반사 전압을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 제어부(180)는 제1 반사 전압 및 제2 반사 전압에 기초하여 워크 피스(10)의 용접 이상을 검출할 수 있다.1 to 4, the control unit 180 may be configured to apply first pulses having a first voltage to the work piece 10 in a first time period to monitor the first reflected voltage associated with the reflected power. there is. The control unit 180 may be configured to monitor the second reflected voltage in a second time period following the first time period. Specifically, the control unit 180 may be configured to monitor the second reflected voltage associated with the reflected power by applying second pulses having a second voltage greater than the first voltage to the work piece 10 in a second time period. . The control unit 180 may detect a welding abnormality of the work piece 10 based on the first reflection voltage and the second reflection voltage.

한편, 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템은 시간 구간 내에서 입력 빔의 전력 값을 변경하면서 후 방사 빔의 전력 값을 검출하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5는 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템에서 시간 구간 내에서 입력 빔의 전력 값을 변경하면서 후 방사 빔의 전력 값을 검출한 결과를 나타낸다.Meanwhile, the laser welding monitoring system according to the present specification may be configured to detect the power value of the post-radiation beam while changing the power value of the input beam within a time interval. In this regard, Figure 5 shows the results of detecting the power value of the post-radiation beam while changing the power value of the input beam within a time period in the laser welding monitoring system according to the present specification.

도 5(a)는 레이저 빔 이상 검출(LBAD) 시스템에서 전력 값이 상이한 출사광에 해당하는 입력 빔을 시간 구간 별로 나타낸 것이다. 고해상도(HR) 미러인 제1 미러를 투과한 이후의 bear beam을 계측하여 입력 빔이 획득될 수 있다. 입력 빔의 전력 값을 시간 구간 내에서 50W, 100W, 150W, 200W, 250W 및 300W의 값을 갖도록 변경될 수 있다. 한편, 더미 전력 테스트를 통해 단일 시간 구간 내에서도 전력 값이 기준 값을 중심으로 소정 범위 내에서 변경될 수 있다.Figure 5(a) shows input beams corresponding to emitted light with different power values in each time section in a laser beam abnormality detection (LBAD) system. The input beam can be obtained by measuring the bear beam after passing through the first mirror, which is a high-resolution (HR) mirror. The power value of the input beam can be changed to have values of 50W, 100W, 150W, 200W, 250W, and 300W within a time period. Meanwhile, through a dummy power test, the power value can be changed within a predetermined range around the reference value even within a single time period.

도 5(b)는 LBAD 시스템에서 전력 값이 상이한 후 방사 빔(back reflection beam)을 시간 구간 별로 나타낸 것이다. 출사광과 용접 부에서의 반사광이 합성된 후 방사 빔이 도 5(b)와 같이 측정될 수 있다. 이와 관련하여, LBAD 시스템은 용접 중에 용접 부에서의 현상이 반사 광에 반영되어 도 5(b)와 같이 후 방사 빔이 측정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 레이저 전력을 실시간으로 확인하여 용접 중 이상 현상에 대한 실시간 확인이 가능하다.Figure 5(b) shows the back reflection beam by time section after different power values in the LBAD system. After the emitted light and the reflected light from the weld are combined, the radiation beam can be measured as shown in FIG. 5(b). In this regard, in the LBAD system, the phenomenon at the weld zone during welding is reflected in the reflected light, so that the after-radiation beam can be measured as shown in FIG. 5(b). Therefore, the present invention enables real-time confirmation of abnormalities during welding by checking laser power in real time.

도 5를 참조하면, 입력 빔의 전력 값이 내에서 50W, 100W, 150W, 200W, 250W 및 300W의 값으로 변경됨에 따라, 후 방사 빔도 해당 값을 기준으로 소정 범위 내에서 변경될 수 있다. 따라서, 입력 빔의 전력 값이 변경되면 이에 따라 후 방사 빔의 전력 값도 입력 빔의 전력 값에 따라 선형적으로 변경될 수 있다. 또한, 레이저 광원 자체의 부정확성 및 시스템 오차 등에 따라 입력 빔의 전력 값이 소정 범위 내에서 변동되면 후 방사 빔의 전력 값의 변동 범위를 특정 오차 범위 내로 제한할 수 있다. 이에 따라, 도 5의 더미 전력 테스트 시 레이저 출력에 따른 선형적인 센서의 응답이 발현되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, as the power value of the input beam changes to a value of 50W, 100W, 150W, 200W, 250W, and 300W, the post-radiation beam may also change within a predetermined range based on the corresponding value. Accordingly, when the power value of the input beam changes, the power value of the post-radiation beam may also change linearly according to the power value of the input beam. Additionally, if the power value of the input beam varies within a predetermined range due to inaccuracy of the laser light source itself and system error, the range of variation in the power value of the post-radiation beam may be limited to within a specific error range. Accordingly, it can be confirmed that a linear sensor response occurs according to the laser output during the dummy power test in FIG. 5.

한편, 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템은 빔 이미지, 레이저 입력 빔 및 후 방사 빔을 확인할 수 있도록 제어 장치의 디스플레이에 표시되는 특정 UI 화면을 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 도 6은 실시 예에 빔 이미지, 레이저 입력 빔 및 후 방사 빔을 확인할 수 있도록 제어 장치의 디스플레이에 표시되는 특정 UI 화면을 나타낸 것이다.Meanwhile, the laser welding monitoring system according to the present specification may provide a specific UI screen displayed on the display of the control device to check the beam image, laser input beam, and post-radiation beam. In this regard, Figure 6 shows a specific UI screen displayed on the display of the control device to allow viewing the beam image, laser input beam and post-radiation beam in an embodiment.

도 6을 참조하면, 디스플레이의 제1 영역에 빔 이미지들(beam image)이 표시될 수 있다. 디스플레이의 제2 영역에 도 4(a) 또는 도 5(a)와 같은 레이저 입력 빔(laser input beam)이 표시될 수 있다. 또한, 디스플레이의 제3 영역에 도 4(b) 또는 도 5(b)와 같은 후 방사 빔(back reflection beam)이 표시될 수 있다.Referring to FIG. 6, beam images may be displayed in the first area of the display. A laser input beam as shown in FIG. 4(a) or FIG. 5(a) may be displayed in the second area of the display. Additionally, a back reflection beam as shown in FIG. 4(b) or FIG. 5(b) may be displayed in the third area of the display.

따라서, 본 발명에 따른 레이저 빔 이상 검출(LABD) 시스템은 통합 운용 소프트웨어 및 빔 모니터링 전용 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 통합 운용 소프트웨어를 통해 LABD 시스템의 운영/제어/실시간 차트 뷰(Chart View) 및 이미지가 제공될 수 있다. 한편, 통합 운용 소프트웨어를 통해 LABD 시스템의 시계열 및 이미지 데이터에 대한 알고리즘 설정 및 적용이 가능하다. 또한, 통합 운용 소프트웨어를 통해 raw data의 조회, 알고리즘 처리결과 확인, 결과 트렌드 검색 및 조회가 가능하다. Therefore, the laser beam anomaly detection (LABD) system according to the present invention can be implemented with integrated operation software and a beam monitoring dedicated algorithm. In addition, operation/control/real-time chart views and images of the LABD system can be provided through integrated operation software. Meanwhile, it is possible to set and apply algorithms to the time series and image data of the LABD system through integrated operation software. In addition, through the integrated operation software, it is possible to query raw data, check algorithm processing results, and search and view result trends.

이상에서는 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템에 대해 설명하였다. 본 명세서에 따른 레이저 용접 모니터링 시스템의 기술적 효과는 다음과 같이 요약될 수 있다.In the above, the laser welding monitoring system according to the present specification has been described. The technical effects of the laser welding monitoring system according to the present specification can be summarized as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 레이저 빔을 이용하여 용접 이상을 검출하는 시스템을 제공할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, a system for detecting welding abnormalities using a laser beam can be provided.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 기존의 반사광만을 이용한 용접 모니터링 시스템에 출사광까지 포함하여 모니터링을 실시하는 레이저 용접 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, a laser welding monitoring system that monitors by including emitted light in addition to the existing welding monitoring system using only reflected light can be provided.

반사광만을 이용하는 기존의 레이저 용접 모니터링 시스템은 용접 중의 이상현상만을 감지할 수 있으나, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 용접 중의 이상현상 뿐만 아니라, 이상현상이 용접 빔의 품질저하가 문제인지 실제 용접 중 이상현상이 발생하였는지 정확히 구분할 수 있다. Existing laser welding monitoring systems that use only reflected light can only detect abnormalities during welding, but according to at least one embodiment of the present invention, not only abnormal phenomena during welding but also whether the abnormal phenomenon is actually a problem of deterioration of the quality of the welding beam is a problem. It is possible to accurately distinguish whether an abnormality occurred during welding.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 용접품질을 개선하는데 있어서 정확한 문제원인을 파악하기 어려워 많은 비용 및 시간이 소요되는 문제를 해결할 수 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to solve the problem that it takes a lot of money and time to improve welding quality because it is difficult to determine the exact cause of the problem.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 출사광/반사광을 모두 이용한 본 레이저 용접 모니터링 시스템을 이용하여 레이저 용접 품질 관리 및 개선을 효과적으로 수행할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, laser welding quality control and improvement can be effectively performed using this laser welding monitoring system using both emitted and reflected light.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 출사광/반사광을 모두 이용한 본 레이저 용접 모니터링 시스템을 이용하여 레이저 용접 품질 관리 및 개선을 효과적으로 수행할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, laser welding quality control and improvement can be effectively performed using this laser welding monitoring system using both emitted and reflected light.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 출사광을 이용하여 빔의 2D이미지 및 형상, 직경, 센터위치를 실시간 측정하여 빔 품질에 영향을 줄 수 있는 인자인 오염, 데미지 등을 정확히 측정할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, contamination, damage, etc., which are factors that can affect beam quality, can be accurately measured by measuring the 2D image, shape, diameter, and center position of the beam in real time using emitted light. there is.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 출사광과 반사광을 모두 이용하는 LBAD(Laser Beam Anomaly Detection) 시스템을 이용하여 레이저 용접 시 발생하는 이상현상에 대해 체계적으로 관리할 수 있으며, 제품경쟁력 향상에 기여할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, abnormal phenomena occurring during laser welding can be systematically managed using a LBAD (Laser Beam Anomaly Detection) system that uses both emitted and reflected light, contributing to improving product competitiveness. You can.

전술한 본 발명의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The detailed description of the present invention described above should not be construed as restrictive in any respect and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (12)

워크 피스(work piece);
상기 워크 피스를 향해 레이저 빔이 출사(radiate)되도록 적어도 일 축 방향으로 이동되도록 구성된 스캐너;
광원에서 방출되는 출사광을 이용하여 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성된 빔 모니터링 유닛;
상기 출사광을 이용하여 상기 레이저 빔의 출력 전력(output power)를 모니터링하도록 구성된 제1 센서 유닛; 및
상기 워크 피스에서 반사되는 반사광을 이용하여 상기 워크 피스의 용접 이상을 모니터링하도록 구성된 제2 센서 유닛을 포함하고,
상기 빔 모니터링 유닛 및 상기 제1 센서 유닛은 상기 스캐너의 하단 부(lower end portion)에 결합된 제1 구조에 구비되고,
상기 제2 센서 유닛은 상기 스캐너의 일 측 영역에 결합된 제2 구조에 구비되는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
work piece;
a scanner configured to move in at least one axis direction to radiate a laser beam toward the work piece;
A beam monitoring unit configured to monitor the quality of a laser beam using emitted light from a light source and detect contamination or damage to the optical system;
a first sensor unit configured to monitor output power of the laser beam using the emitted light; and
A second sensor unit configured to monitor welding abnormalities of the work piece using reflected light reflected from the work piece,
The beam monitoring unit and the first sensor unit are provided in a first structure coupled to a lower end portion of the scanner,
The second sensor unit is provided in a second structure coupled to one side area of the scanner.
제1 항에 있어서,
상기 스캐너는,
상기 스캐너의 상부 영역에 배치되고, 상기 레이저 빔을 생성하여 상기 출사광이 하부 방향으로 진행되도록 구성된 광섬유 광원(optical fiber light source);
상기 출사광을 수평 방향으로 반사되는 제1 반사광과 하부 방향으로 투과되는 제1 투과광으로 분리하도록 구성된 제1 미러; 및
상기 제1 반사광의 진행 방향을 변경하도록 구성된 갈바노 미러를 포함하고,
상기 갈바노 미러를 통과한 광은 상기 워크 피스의 용접 지점(welding point)에서 반사되고 상기 갈바노 미러를 통과하여 제2 반사광을 형성하고,
상기 제2 반사광은 상기 제1 미러를 통과하도록 구성되는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The scanner is,
an optical fiber light source disposed in an upper area of the scanner and configured to generate the laser beam so that the emitted light travels in a downward direction;
a first mirror configured to separate the emitted light into first reflected light reflected in a horizontal direction and first transmitted light transmitted in a downward direction; and
A galvano mirror configured to change the direction of travel of the first reflected light,
The light passing through the galvano mirror is reflected at a welding point of the work piece and passes through the galvano mirror to form a second reflected light,
The second reflected light is configured to pass through the first mirror.
제2 항에 있어서,
상기 제2 구조는,
상기 제2 구조인 CCD 카메라의 내부에 구비되고, 상기 제1 미러와 상기 제1 센서 유닛 사이에 배치되는 제2 미러; 및
상기 CCD 카메라의 일 측 영역에 배치되고, 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러를 통과한 상기 제2 반사광을 이용하여 상기 워크 피스의 용접 이상을 모니터링하도록 구성된 상기 제2 센서 유닛을 포함하고,
상기 제2 센서 유닛은 상기 제2 구조의 후 방사 획득 유닛에 구비되는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to clause 2,
The second structure is,
a second mirror provided inside the CCD camera, which is the second structure, and disposed between the first mirror and the first sensor unit; and
A second sensor unit disposed at one side of the CCD camera and configured to monitor welding abnormalities of the work piece using the second reflected light passing through the first mirror and the second mirror,
The second sensor unit is provided in a post-radiation acquisition unit of the second structure.
제3 항에 있어서,
상기 제1 구조는,
상기 제1 투과광을 수평 방향으로 반사되는 제3 반사광과 하부 방향으로 투과되는 제3 투과광으로 분리하도록 구성된 제3 미러;
상기 제1 구조의 일 측 영역에 결합되고, 상기 제3 미러에서 반사된 상기 제3 반사광을 이용하여 상기 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 상기 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하도록 구성된 상기 빔 모니터링 유닛; 및
상기 제1 구조의 하단부에 결합되고, 상기 레이저 빔의 출력 전력을 모니터링하도록 구성된 상기 제1 센서 유닛을 포함하고,
상기 제1 센서 유닛은 상기 제1 구조의 레이저 입력 빔 획득 유닛에 구비되는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to clause 3,
The first structure is,
a third mirror configured to separate the first transmitted light into a third reflected light reflected in a horizontal direction and a third transmitted light transmitted in a downward direction;
The beam monitoring unit coupled to one side area of the first structure and configured to monitor the quality of the laser beam using the third reflected light reflected from the third mirror and detect contamination or damage to the optical system; and
comprising a first sensor unit coupled to a lower portion of the first structure and configured to monitor output power of the laser beam;
The first sensor unit is provided in the laser input beam acquisition unit of the first structure.
제4항에 있어서,
상기 빔 모니터링 유닛은,
상기 레이저 빔의 2차원 이미지 및 분포를 감지하고, 상기 레이저 빔의 형상을 측정 및 저장하고,
상기 레이저 빔의 직경 및 빔 센터 위치를 체크하고,
상기 레이저 빔의 품질에 영향을 주는 인자를 검출하여, 상기 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to paragraph 4,
The beam monitoring unit,
Detect the two-dimensional image and distribution of the laser beam, measure and store the shape of the laser beam,
Check the diameter and beam center position of the laser beam,
A laser welding monitoring system that detects contamination or damage to the optical system by detecting factors that affect the quality of the laser beam.
제4항에 있어서,
상기 제1 센서 유닛 및 상기 제2 센서 유닛은 350nm 내지 1100nm 파장의 광을 검출하도록 구성된, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to paragraph 4,
The first sensor unit and the second sensor unit are configured to detect light with a wavelength of 350 nm to 1100 nm.
제6항에 있어서,
상기 제3 미러는 상기 제1 미러와 상기 제1 센서 유닛 사이에 배치되고,
상기 제1 미러는 수평면에 대해 45도 방향으로 경사진 형태로 배치되고, 상기 제3 미러는 수평면에 대해 -45도 방향으로 경사진 형태로 배치되고,
상기 제1 센서 유닛은 상기 제3 미러를 투과한 상기 제3 투과광을 수신하여 상기 레이저 빔의 출력 전력을 모니터링하는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to clause 6,
The third mirror is disposed between the first mirror and the first sensor unit,
The first mirror is disposed inclined in a direction of -45 degrees with respect to the horizontal plane, and the third mirror is disposed in a form inclined in a direction of -45 degrees with respect to the horizontal plane,
The first sensor unit monitors the output power of the laser beam by receiving the third transmitted light that has transmitted through the third mirror.
제2항에 있어서,
상기 갈바노 미러는,
상기 제1 미러의 타 측 영역에 배치되어, 상기 제1 미러에서 반사된 상기 제1 반사광이 소정 각도만큼 굴절된 제1 굴절광으로 형성되도록 구성된 제1 갈바노 미러; 및
상기 제1 갈바노 미러의 타 측의 하부 영역에 배치되어, 상기 제1 굴절광이 하부 방향으로 제2 굴절광으로 형성되도록 구성된 제2 갈바노 미러를 포함하는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to paragraph 2,
The galvano mirror is,
a first galvano mirror disposed on the other side of the first mirror and configured to form first refracted light in which the first reflected light reflected from the first mirror is refracted by a predetermined angle; and
A laser welding monitoring system comprising a second galvano mirror disposed in a lower area on the other side of the first galvano mirror and configured to form the first refracted light into second refracted light in a downward direction.
제4항에 있어서,
상기 제2 센서 유닛은 상기 제3 미러에서 반사된 상기 제3 반사광을 수신하여 상기 레이저 빔의 반사 전력을 모니터링하고,
상기 반사 전력에 기초하여 갭, 포커스 변화, 이물 및 접힘 현상을 포함하는 상기 용접 이상을 검출하도록 구성된 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 센서 유닛에서 모니터링된 상기 출력 전력과 상기 제2 센서 유닛에서 모니터링된 상기 반사 전력의 차이에 기초하여 용접 이상 현상을 검출하고,
상기 용접 이상 현상은 상기 레이저 빔의 오 출사, 비정상 위치 출사 및 지그 결합 불량을 포함하는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to clause 4,
The second sensor unit receives the third reflected light reflected from the third mirror and monitors the reflected power of the laser beam,
It further includes a control unit configured to detect the welding abnormalities including gaps, focus changes, foreign matter, and folding phenomena based on the reflected power,
The control unit,
Detecting a welding abnormality based on a difference between the output power monitored by the first sensor unit and the reflected power monitored by the second sensor unit,
The laser welding monitoring system wherein the welding abnormality includes erroneous emission of the laser beam, emission at an abnormal position, and defective jig coupling.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
정상 상태의 용접품에서 측정된 레이저 빔의 이미지를 기준 이미지로 설정하고,
상기 워크 피스에서 측정된 레이저 빔의 이미지를 상기 기준 이미지와 비교하여, 상기 레이저 빔의 품질을 모니터링하고, 상기 광학계의 오염 또는 데미지를 검출하는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to clause 9,
The control unit,
Set the image of the laser beam measured on the welded product in a normal state as the reference image,
A laser welding monitoring system that compares the image of the laser beam measured from the work piece with the reference image to monitor the quality of the laser beam and detect contamination or damage to the optical system.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
정상 상태의 용접품에서 측정된 반사광의 시계열 데이터를 획득하고,
상기 반사광의 시계열 데이터를 이용하여 통계 및 인공 지능 기반의 학습을 수행하고, 상기 학습의 결과에 기초하여 정상 범위와 연관된 임계 값을 설정하고,
상기 임계 값에 기초하여 상기 워크 피스에서 용접 이상 여부를 판단하는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to clause 9,
The control unit,
Obtain time series data of reflected light measured from the welded product in a steady state,
Perform statistical and artificial intelligence-based learning using the time series data of the reflected light, and set a threshold associated with a normal range based on the results of the learning,
A laser welding monitoring system that determines whether there is a welding abnormality in the workpiece based on the threshold value.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
제1 시간 구간에서 제1 전압을 갖는 제1 펄스들을 상기 워크 피스로 인가하여 상기 반사 전력과 연관된 제1 반사 전압을 모니터링하고,
상기 제1 시간 구간에 후속한 제2 시간 구간에서 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압을 갖는 제2 펄스들을 상기 워크 피스로 인가하여 상기 반사 전력과 연관된 제2 반사 전압을 모니터링하고,
상기 제1 반사 전압 및 상기 제2 반사 전압에 기초하여 상기 워크 피스의 용접 이상을 검출하는, 레이저 용접 모니터링 시스템.
According to clause 9,
The control unit,
Monitoring a first reflected voltage associated with the reflected power by applying first pulses having a first voltage to the work piece in a first time interval;
monitoring a second reflected voltage associated with the reflected power by applying second pulses having a second voltage greater than the first voltage to the work piece in a second time interval subsequent to the first time interval;
A laser welding monitoring system that detects a welding abnormality of the work piece based on the first reflected voltage and the second reflected voltage.
KR1020230070344A 2022-05-31 2023-05-31 Laser welding monitoring system KR20230166973A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220067107 2022-05-31
KR20220067107 2022-05-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230166973A true KR20230166973A (en) 2023-12-07

Family

ID=89163615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230070344A KR20230166973A (en) 2022-05-31 2023-05-31 Laser welding monitoring system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230166973A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10166630B2 (en) Optical measuring device for monitoring a joint seam, joining head and laser welding head with same
US8237922B2 (en) Laser beam analysis apparatus
KR100600921B1 (en) Laser calibration apparatus and method
US6791057B1 (en) Method and device for machining workpieces using high-energy radiation
KR100513111B1 (en) Method and arrangement for optical inspection of a weld seam
US7681453B2 (en) System and method to calibrate multiple sensors
CN102818528B (en) Apparatus and method for inspecting an object with increased depth of field
US9610729B2 (en) Device and method for performing and monitoring a plastic laser transmission welding process
CN102990224A (en) Method for inspecting seam quality during a laser welding process
JP2006247681A (en) Monitoring device for laser beam machining
KR20040012550A (en) Laser weld monitor
CN109834387A (en) Carry out the laser processing device of alarm before laser processing extremely to external optical system
US20230204420A1 (en) Multi-Spectral Method For Detection of Anomalies During Powder Bed Fusion Additive Manufacturing
EP3722780A2 (en) Particle size measuring apparatus and measuring method
CN117729983A (en) Method for monitoring a laser welding process and related laser welding system
KR102224371B1 (en) Monitoring system for inspection of Laser welding portion
KR20230166973A (en) Laser welding monitoring system
KR20210048390A (en) Laser beam quality measuring device
CN115178860A (en) Laser processing head, detection system and detection method for laser processing
KR101881752B1 (en) defect sensing module based on line-beam and defect sensing device using its arrays for detection of the defects on surface
CN111230299A (en) Laser welding online detection device and method
KR102529466B1 (en) Apparatus for checking Quality of Laser Welding
CN117718618B (en) Welding quality detection system and method thereof
US20230356325A1 (en) Scan field and work plane evaluation and orientation for high-speed laser motion systems
KR102649840B1 (en) Laser welding portion monitoring system using swept laser source