JP2006263761A - Apparatus for judging applicability of laser welding, and apparatus of laser welding - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー溶接装置の不具合によって溶接不良が発生することを防止するレーザー溶接可否判定装置、及び、レーザー溶接可否判定装置を備えるレーザー溶接装置に関する。 The present invention relates to a laser welding availability determination device that prevents a welding failure from occurring due to a failure of a laser welding device, and a laser welding device including a laser welding availability determination device.
従来、溶接作業では、電気抵抗を利用する抵抗溶接装置が多く用いられていたが、高エネルギー密度のレーザー光を利用するレーザー溶接装置も用いられている。
レーザー溶接の溶接状態の判定は、溶接後にオフラインにて検査員が目視で行うことが多い。検査員による目視検査では検査員の負担が大きく、また、検査員の熟練度によって判定結果が異なるおそれが存在する。そこで、判定機器を使用して溶接状態の判定を行うことも多い。
Conventionally, resistance welding apparatuses that use electrical resistance have been often used in welding operations, but laser welding apparatuses that use high energy density laser light are also used.
The determination of the welding state of laser welding is often made visually by an inspector offline after welding. In the visual inspection by the inspector, the burden on the inspector is large, and there is a possibility that the determination result varies depending on the skill level of the inspector. Therefore, the determination of the welding state is often performed using a determination device.
かかる判定装置として、次に説明するものが提唱されている(特許文献1参照)。この判定装置では、レーザー溶接時に溶接対象の鋼板から放出されるプラズマ光及び反射光の強度を検出光強度として検出し、レーザー光の1パルスに対応する検出光強度の1周期のうちから所定の区間を抽出区間として予め設定しておき、抽出区間における検出光強度に基づいてパルス毎特徴値をレーザー光の各パルス毎に抽出し、鋼板毎の溶接状態の被判定値として、鋼板におけるパルス毎特徴値の極値を得、極値と所定の閾値とを比較して鋼板毎の溶接状態を判定する。
しかし、従来から行われているレーザー溶接の溶接状態の判定は、溶接後の判定である。この判定において溶接不良が発見されても、溶接不良の原因が、レーザー溶接装置に存在するのか、それとも、被溶接物の配置、典型的には、鋼板同士の突合せ部分のずれに存在するのかを直ちに特定できない。このため、溶接不良の原因が特定されるまで作業ラインを長時間にわたって停止しておかねばならず、作業効率が低下する。また、溶接不良を再溶接しなければならないので、これによっても生産効率が低下する。 However, the conventional determination of the welding state of laser welding is a determination after welding. Even if a welding failure is found in this determination, it is determined whether the cause of the welding failure exists in the laser welding apparatus or in the arrangement of the workpieces, typically in the misalignment between the butt portions of the steel plates. Cannot be identified immediately. For this reason, the work line must be stopped for a long time until the cause of the welding failure is specified, and work efficiency is reduced. This also reduces the production efficiency because the weld defects must be re-welded.
なお、溶接不良の原因となるレーザー溶接装置の不具合として、例えば、レーザー光を導く反射鏡の汚れや位置のずれ等が考えられる。
本発明は、上記問題を解決するものであり、その目的とするところは、レーザー溶接装置の不具合による溶接不良の発生を防止可能なレーザー溶接可否判定装置、及び、レーザー溶接可否判定装置を備えるレーザー溶接装置を提供することである。
In addition, as a malfunction of the laser welding apparatus that causes welding failure, for example, contamination of the reflecting mirror that guides the laser light, displacement of the position, and the like can be considered.
The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser welding availability determination device capable of preventing the occurrence of poor welding due to a failure of a laser welding device, and a laser including a laser welding availability determination device. It is to provide a welding device.
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項1の発明に係るレーザー溶接可否判定装置は、レーザー溶接装置のレーザー発振器から発振されるレーザー光が照射される金属板と、レーザー光が照射された前記金属板の温度変化及び温度分布を検出する温度検出器と、前記温度検出器が検出した前記金属板の温度変化からレーザー光のエネルギーを算出し、算出したレーザー光のエネルギーと前記温度検出器が検出した前記金属板の温度分布とに基づいてレーザー溶接の可否を判定する判定部と、を有する。 The present invention adopts the following configuration in order to solve the problem. The apparatus for determining whether laser welding is possible according to the invention of claim 1 includes a metal plate irradiated with a laser beam oscillated from a laser oscillator of the laser welding apparatus, and a temperature change and a temperature distribution of the metal plate irradiated with the laser beam. A temperature detector to detect, and calculate the energy of the laser beam from the temperature change of the metal plate detected by the temperature detector, the calculated laser beam energy and the temperature distribution of the metal plate detected by the temperature detector And a determination unit that determines whether laser welding is possible or not.
レーザー溶接を行う前にレーザー発振器からレーザー光を金属板に照射し、温度検出器がレーザー光を照射された金属板の温度変化及び温度分布を検出する。判定部が、温度検出器により検出された金属板の温度変化から、金属板に照射されたレーザー光のエネルギーを算出する。そして、判定部が、算出したレーザー光のエネルギーから、レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器が発振し得るか否かを判定し、金属板の温度分布から、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器が発振し得るか否かを判定する。 Before performing laser welding, a laser beam is emitted from a laser oscillator to a metal plate, and a temperature detector detects a temperature change and a temperature distribution of the metal plate irradiated with the laser beam. A determination part calculates the energy of the laser beam irradiated to the metal plate from the temperature change of the metal plate detected by the temperature detector. Then, the determination unit determines whether the laser oscillator can oscillate laser light having sufficient energy for laser welding from the calculated energy of laser light, and from the temperature distribution of the metal plate, Therefore, it is determined whether or not the laser oscillator can oscillate laser light having an appropriate temperature distribution.
請求項2の発明に係るレーザー溶接装置は、請求項1記載のレーザー溶接可否判定装置と、レーザー発振器から発振されるレーザー光を被溶接物に導くレーザー光伝達手段と、を有する。
レーザー溶接装置のレーザー発振器から発振されるレーザー光がレーザー溶接のために充分なエネルギー及び適切な温度分布を有するか否かをレーザー溶接可否判定装置が判定するので、レーザー溶接を行う前にレーザー溶接装置の不具合を発見でき、レーザー溶接装置の不具合による溶接不良の発生を事前に防止できる。
レーザー光伝達手段は、従来からレーザー光の光路の変更手段として用いられているものであり、例えば、反射鏡やプリズム等を挙げることができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser welding apparatus comprising: the laser welding availability determination apparatus according to the first aspect; and a laser beam transmission means for guiding a laser beam oscillated from a laser oscillator to a workpiece.
Since the laser welding availability determination device determines whether the laser light emitted from the laser oscillator of the laser welding device has sufficient energy and appropriate temperature distribution for laser welding, laser welding is performed before laser welding. It is possible to find defects in the apparatus and prevent in advance occurrence of welding defects due to defects in the laser welding apparatus.
The laser light transmission means is conventionally used as means for changing the optical path of laser light, and examples thereof include a reflecting mirror and a prism.
本発明は、上記のようなレーザー溶接判定装置及びレーザー溶接装置であるので、レーザー溶接装置の不具合による溶接不良の発生を防止できる。 Since the present invention is the laser welding determination device and the laser welding device as described above, it is possible to prevent the occurrence of poor welding due to the failure of the laser welding device.
本発明を実施するための最良の形態を図1〜図3を参照しつつ説明する。図1は本発明に係るレーザー溶接装置の構成図、図2はレーザー溶接に適切な温度分布を有するレーザー光を照射した金属板の状態説明図、図3はレーザー溶接に不適切な温度分布を有するレーザー光を照射した金属板の状態説明図である。
図1に示すレーザー溶接装置1は、レーザー発振器3、反射鏡5A、5B、集光レンズ7及びレーザー溶接可否判定装置10を有する。レーザー発振器3は従来あるレーザー発振器と同様の構成を有し、レーザー溶接用のレーザー光Rを発振可能に構成されている。反射鏡5A及び集光レンズ7は、レーザー発振器3から発振されたレーザー光Rを被溶接物である鋼板20Aと鋼板20Bとの間の突合せ部分22に照射可能に配置されている。また、反射鏡5Bは移動可能となっている。反射鏡5Aと集光レンズ7との間のレーザー光Rの光路上に反射鏡5Bを置くことによって、レーザー光Rをレーザー溶接可否判定装置10に導くことが可能であり、反射鏡5Bをレーザー光Rの光路上から退避させることによって、レーザー光Rを突合せ部分22に導くことが可能となっている。
The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of a laser welding apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a state of a metal plate irradiated with laser light having a temperature distribution suitable for laser welding, and FIG. 3 shows a temperature distribution inappropriate for laser welding. It is state explanatory drawing of the metal plate which irradiated the laser beam which has.
A laser welding apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a laser oscillator 3, reflecting mirrors 5 </ b> A and 5 </ b> B, a
レーザー溶接可否判定装置10は、金属板12、温度検出器14及び判定部16を有する。金属板12は金メッキを施した銅板であり、金属板12の表面が反射鏡5B側を向き、金属板12の表面に反射鏡5Bから導かれたレーザー光Rを金属板12に照射可能となっている。温度検出器14は赤外線放射温度計であり、金属板12を挟んで反射鏡5Bと反対側に設置されており、金属板12の温度変化データD1及び温度分布データD2を測定可能に構成されている。温度検出器14は判定部16に接続されており、判定部16が温度検出器14から温度変化データD1及び温度分布データD2を受信可能に構成されている。
The laser
判定部16はプログラムP1、P2及びP3を有する。
プログラムP1は、温度変化データD1に基づいて、レーザー光Rのエネルギーを計算するプログラムである。プログラムP1の演算内容を具体的に説明する。先ず、プログラムP1は、温度変化データD1から金属板12の温度変化速度を計算し、この温度変化速度からレーザー光Rから金属板12に入射されたエネルギーを計算し、レーザー光Rのエネルギーを計算する。次いで、計算したレーザー光Rのエネルギーから、レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器3が発振し得るか否かを判定する。
The
The program P1 is a program for calculating the energy of the laser light R based on the temperature change data D1. The calculation contents of the program P1 will be specifically described. First, the program P1 calculates the temperature change rate of the
プログラムP2は、温度分布データD2に基づいて、レーザー光Rの温度分布を検出するプログラムである。プログラムP2の演算内容を具体的に説明する(図2及び図3を参照)。プログラムP1は、先ず、温度分布データD2からレーザー光Rが金属板12に照射されている円形の照射範囲18を検出し、照射範囲18の中心O1及びレーザー光Rの光軸の照射位置O2を検出する。次いで、中心O1と照射位置O2との間の距離dを計算し、距離dが所定量よりも小さければ、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器3が発振し得ると判定し、距離dが所定量よりも大きければ、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器3が発振できないと判定する。
The program P2 is a program for detecting the temperature distribution of the laser light R based on the temperature distribution data D2. The calculation contents of the program P2 will be specifically described (see FIGS. 2 and 3). The program P1 first detects a
なお、図2は、中心O1と照射位置O2とが一致している場合を示す。この場合、レーザー光Rを鋼板20Aと鋼板20Bとの間の突合せ部分22に照射すれば、照射範囲18の中心O1において温度がピークとなり、突合せ部分22の溶接不良が発生しない。
図3は、中心O1と照射位置O2とが一致せずにずれている場合を示す。この場合、レーザー光Rを鋼板20Aと鋼板20Bとの間の突合せ部分22に照射しても、照射範囲18の中心O1において温度がピークとならず、突合せ部分22に溶接不良が発生する。
FIG. 2 shows a case where the center O1 and the irradiation position O2 coincide. In this case, if the laser beam R is applied to the
FIG. 3 shows a case where the center O1 and the irradiation position O2 are shifted without matching. In this case, even when the
プログラムP3は、プログラムP1及びP2の演算結果に基づいて、警報を発するプログラムである。プログラムP3の演算内容を具体的に説明する。レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器3が発振できないとプログラムP1が判定したとき、プログラムP3が警報を発する。また、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器3が発振できないとプログラムP2が判定したとき、プログラムP3が警報を発する。そして、レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器3が発振できるとプログラムP1が判定し、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器3が発振できるとプログラムP2が判定したとき、プログラムP3は警報を発しない。 The program P3 is a program that issues an alarm based on the calculation results of the programs P1 and P2. The calculation contents of the program P3 will be specifically described. When the program P1 determines that the laser oscillator 3 cannot oscillate laser light having sufficient energy for laser welding, the program P3 issues an alarm. Further, when the program P2 determines that the laser oscillator 3 cannot oscillate laser light having an appropriate temperature distribution for laser welding, the program P3 issues an alarm. Then, the program P1 determines that the laser oscillator 3 can oscillate laser light having sufficient energy for laser welding, and the program if the laser oscillator 3 can oscillate laser light having an appropriate temperature distribution for laser welding. When P2 determines, program P3 does not issue an alarm.
本実施の形態は上記のように構成されており、次にその作用について説明する。
先ず、レーザー溶接装置1のレーザー発振器3から発振されるレーザー光Rの出力を、レーザー溶接時のレーザー光Rの出力の例えば50%と低くし、反射鏡5Bを反射鏡5Aと集光レンズ7との間に置き、レーザー光Rをレーザー溶接可否判定装置10に導き、レーザー光Rを金属板12に照射する。
This embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described next.
First, the output of the laser beam R oscillated from the laser oscillator 3 of the laser welding apparatus 1 is lowered to, for example, 50% of the output of the laser beam R at the time of laser welding, and the reflecting
レーザー光Rを照射された金属板12は、レーザー光Rのエネルギーによって昇温する。温度検出器14が金属板12の温度変化データD1及び温度分布データD2を測定して判定部16に送信する。
判定部16では、プログラムP1が、温度変化データD1に基づいてレーザー光Rのエネルギーを計算し、その計算結果に基づいてレーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器3が発振し得るか否かを判定する。
The
In the
次いで、プログラムP2が、温度分布データD2に基づいてレーザー光Rの温度分布を検出し、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器3が発振し得るか否か判定する。
そして、プログラムP3が、プログラムP1及びP2の演算結果に応じて警報を発する。プログラムP3が警報を発するのは、レーザー溶接のために充分なエネルギーを有するレーザー光をレーザー発振器3が発振し得ない場合か、レーザー溶接のために適切な温度分布を有するレーザー光をレーザー発振器3が発振し得ない場合である。警報が発せられた場合、レーザー溶接装置1によるレーザー溶接を行わず、レーザー溶接装置1の調整を行う。警報が発せられなければ、反射鏡5Bを反射鏡5Aと集光レンズ7との間から退避させて被溶接物を溶接するためにレーザー光を導くレーザー光伝達手段を形成し、レーザー光Rの出力をあげてレーザー溶接を行う。
Next, the program P2 detects the temperature distribution of the laser light R based on the temperature distribution data D2, and determines whether the laser oscillator 3 can oscillate laser light having an appropriate temperature distribution for laser welding.
Then, the program P3 issues an alarm according to the calculation results of the programs P1 and P2. The program P3 issues an alarm when the laser oscillator 3 cannot oscillate laser light having sufficient energy for laser welding or when laser light having an appropriate temperature distribution for laser welding is emitted from the laser oscillator 3. Is a case where oscillation cannot occur. When an alarm is issued, the laser welding apparatus 1 is adjusted without performing laser welding by the laser welding apparatus 1. If the alarm is not issued, the reflecting
以上のようなレーザー溶接可否判定装置10であるので、レーザー溶接装置1でレーザー溶接を行う前に、レーザー溶接装置1の不具合を発見し、レーザー溶接装置1を調整できる。したがって、レーザー溶接装置1の不具合によって溶接不良が発生することが防止され、溶接不良が発生した場合でも、溶接不良の原因が鋼板20Aと鋼板20Bとの間の突合せ部分22のずれにあることがわかる。したがって、溶接不良の原因を短時間の間に除去でき、レーザー溶接の作業効率が向上する。
なお、温度検出器14が検出した温度分布データD2に基づいて、金属板12の温度分布をモニターに表示する等すれば、レーザー溶接装置1の不具合箇所を調整する際に便利である。
Since it is the laser welding
It should be noted that if the temperature distribution of the
1 レーザー溶接装置
3 レーザー発振器
5A、5B 反射鏡
7 集光レンズ
10 レーザー溶接可否判定装置
12 金属板
14 温度検出器
16 判定部
18 レーザー光の照射範囲
20A、20B 鋼板(被溶接物)
22 突合せ部分
R レーザー光
P1、P2、P3 プログラム
D1 温度変化データ
D2 温度分布データ
O1 レーザー光の照射範囲の中心
O2 レーザー光の光軸の照射位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser welding apparatus 3
22 Butting part R Laser light P1, P2, P3 Program D1 Temperature change data D2 Temperature distribution data O1 Center of laser light irradiation range O2 Irradiation position of optical axis of laser light
Claims (2)
レーザー光が照射された前記金属板の温度変化及び温度分布を検出する温度検出器と、
前記温度検出器が検出した前記金属板の温度変化からレーザー光のエネルギーを算出し、算出したレーザー光のエネルギーと前記温度検出器が検出した前記金属板の温度分布とに基づいてレーザー溶接の可否を判定する判定部と、を有することを特徴とするレーザー溶接可否判定装置。 A metal plate irradiated with laser light oscillated from a laser oscillator of a laser welding apparatus;
A temperature detector for detecting a temperature change and a temperature distribution of the metal plate irradiated with the laser beam;
The laser beam energy is calculated from the temperature change of the metal plate detected by the temperature detector, and laser welding is performed based on the calculated laser beam energy and the temperature distribution of the metal plate detected by the temperature detector. A determination unit for determining whether or not laser welding is possible.
レーザー発振器から発振されるレーザー光を被溶接物に導くレーザー光伝達手段と、を有することを特徴とするレーザー溶接装置。 The laser welding availability determination device according to claim 1,
And a laser beam transmitting means for guiding a laser beam oscillated from a laser oscillator to an object to be welded.
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JP2005083608A JP2006263761A (en) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | Apparatus for judging applicability of laser welding, and apparatus of laser welding |
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