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JP3512388B2 - Laser processing monitoring device - Google Patents

Laser processing monitoring device

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Publication number
JP3512388B2
JP3512388B2 JP2001038574A JP2001038574A JP3512388B2 JP 3512388 B2 JP3512388 B2 JP 3512388B2 JP 2001038574 A JP2001038574 A JP 2001038574A JP 2001038574 A JP2001038574 A JP 2001038574A JP 3512388 B2 JP3512388 B2 JP 3512388B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
processing
laser
image
laser processing
camera
Prior art date
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Application number
JP2001038574A
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Japanese (ja)
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JP2002239767A (en
Inventor
孝夫 金丸
孝一 吉田
雅幸 榎本
督博 中林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
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 Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Jukogyo KK
Priority to JP2001038574A priority Critical patent/JP3512388B2/en
Publication of JP2002239767A publication Critical patent/JP2002239767A/en
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工状態を
映像で表示するモニタリング装置と照明装置に関し、特
にレーザ溶接加工に使用できるインプロセスモニタリン
グ装置と照明装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a monitoring device and a lighting device for displaying a laser processing state as an image, and more particularly to an in-process monitoring device and a lighting device that can be used for laser welding processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、レーザ発振能力や出力制御能力が
向上し、大量の加工データ蓄積が行われて、切断加工や
溶接加工になどレーザ加工が普及してきた。特に、YA
Gレーザ溶接は、ファイバ導光が可能であるため工作位
置の選定や変更が容易である点、数メートル毎分以上の
高速溶接が可能な点、接合部周辺の熱影響が少ない点な
ど、多くの利点を有することから多様な製造分野で普及
している。しかし、品質保証の観点からは、未だ溶接中
(インプロセス)での監視技術、溶接線倣いや溶接異常
検知の技術が十分でなく、真に実用的な装置とするため
にはこれらの技術の確立が求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, laser oscillation capability and output control capability have been improved, a large amount of machining data has been accumulated, and laser machining has become widespread such as cutting and welding. Especially YA
G laser welding has many points, such as that it is easy to select and change the working position because it is possible to guide the fiber, high-speed welding of several meters per minute or more, and that there is little heat effect around the joint. Because of its advantages, it is widely used in various manufacturing fields. However, from the viewpoint of quality assurance, the monitoring technology during welding (in-process) and the technology for welding line tracing and welding abnormality detection are not sufficient, and these technologies are required to make a truly practical device. Established is required.

【0003】従来、溶接などにおけるレーザ加工状態を
モニタリングするものとして、加工部近辺にレーザスリ
ット光を投影して光切断面から開先などを検出する方
法、溶接管製造において照明した開先部の撮像画面から
開先端縁の近似曲線を求めて両端縁の曲線の交点を溶接
位置と推定する方法(特開平9−182984)、溶接
部からの発光あるいは加工レーザ光の反射光量変化を監
視して異常を検知する方法(特開2000−4276
9)などが開示されている。
Conventionally, as a method for monitoring a laser processing state in welding or the like, a method of projecting a laser slit light in the vicinity of a processing portion to detect a groove or the like from a light section surface, and a groove portion illuminated in welding pipe manufacturing. A method of obtaining an approximate curve of the open tip edge from the image pickup screen and estimating the intersection of the curves of both edge edges as the welding position (Japanese Patent Laid-Open No. 9-182984), monitoring the change in the amount of light emitted from the welded portion or the reflected light amount of the processing laser light. Method for detecting abnormality (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-4276)
9) etc. are disclosed.

【0004】特開平9−182984の方法は、加工ヘ
ッドー前方に照明装置とカメラを設置する必要がある。
また、特開2000−42769の方法は、レーザ加工
に異常があると光強度に特有の変化が現れることに注目
し、加工レーザと同軸に光学系を設けてレンズで集光し
た光をCCDに入射して得られる光強度に対応する電気
信号に基づいて判定をするもので、画像情報を扱うもの
ではない。さらに、これらの方法は開先や加工部をそれ
ぞれ個別に観測するものであるから、加工部の監視と開
先など加工部周辺の監視を行うためにはセンサの複合が
必要となり、2つのセンサを取り付ける必要から加工ヘ
ッドを大型化せざるを得ない。また、それぞれ異なる信
号処理を行うため2個の情報処理装置が必要となる。
The method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-182984 requires the installation of an illuminating device and a camera in front of the processing head.
Further, in the method of Japanese Patent Laid-Open No. 2000-42769, attention is paid to the fact that when laser processing is abnormal, a specific change in light intensity appears. Therefore, an optical system is provided coaxially with the processing laser and the light condensed by the lens is transmitted to the CCD. The judgment is made based on the electric signal corresponding to the light intensity obtained upon incidence, and does not deal with image information. Furthermore, since these methods individually observe the groove and the processed part, a combination of sensors is required to monitor the processed part and the surroundings of the processed part such as the groove. The machining head has to be increased in size because it is necessary to attach the. In addition, two information processing devices are required to perform different signal processing.

【0005】なお、本出願人は、特開平11−1463
87などにより、アーク溶接においてレーザスリット光
投影による開先線検出と溶接点監視を同一視野で実現す
るアーク溶接加工モニタリング装置を開示している。こ
の方法では、第1のカメラと第2のカメラはそれぞれ光
の透過率の異なるNDフィルターを前面に取り付けてあ
り、両カメラで溶接部を撮影する。そして第1カメラで
撮影したアーク部分の画像と第2カメラで撮影した溶融
池や開先などアーク部分以外の画像とを合成してカラー
モニターに表示する。この方法は、合成された単一の画
像情報を用いて開先検出と加工点監視ができるが、溶接
ヘッドの外側に検出ヘッドとスリット光投光器の設置す
る必要があるので、ヘッド部分の大型化は避けられな
い。
The applicant of the present invention has filed Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-1463.
87, etc., discloses an arc welding process monitoring device that realizes groove line detection by laser slit light projection and welding point monitoring in the same field of view in arc welding. In this method, the first camera and the second camera have ND filters with different light transmittances mounted on their front surfaces, and both cameras photograph the weld. Then, the image of the arc portion photographed by the first camera and the image of the molten pool and the groove other than the arc portion photographed by the second camera are combined and displayed on the color monitor. This method can detect the groove and monitor the processing point by using the single image information that has been synthesized, but since it is necessary to install the detection head and the slit light projector outside the welding head, the size of the head is increased. Is inevitable.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、レーザ加工システム、特にレーザ
溶接加工システムにおいて、加工状態の映像に基づいて
インプロセスでモニタリングするコンパクトな装置を提
供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a compact device for in-process monitoring based on an image of a processing state in a laser processing system, particularly a laser welding processing system. That is.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るレーザ加工モニタリング装置は、加工
ヘッド内に加工用レーザと光軸が一致するように配設さ
れた撮像装置と、アシストガス吹付けノズルに組み込ま
れてレーザ加工部分を照明する照明装置を備え、照明装
置により照明されたレーザ加工部を撮影して画像表示す
ることを特徴とする。本発明のレーザ加工モニタリング
装置は、加工用レーザを加工部に導くために設けられる
反射鏡を利用するなどして、加工用レーザと同軸位置に
撮像装置を配置することにより、加工ヘッドに撮像装置
を組み込んだ上に、レーザ加工に付随して用いられるア
シストガスを加工部に供給するアシストガス吹付けノズ
ルの内に照明装置を組み込んであるため、加工ヘッドの
部分に余分な付属部品を設ける必要が無く、加工ヘッド
をコンパクトに構成することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, a laser processing monitoring apparatus according to the present invention comprises an image pickup apparatus arranged in the processing head so that the optical axis thereof coincides with that of the processing laser, and an assist device. It is characterized in that it is provided with an illuminating device incorporated in the gas spray nozzle to illuminate the laser processing part, and the laser processing part illuminated by the illuminating device is photographed and an image is displayed. The laser processing monitoring apparatus of the present invention uses a reflecting mirror provided to guide the processing laser to the processing section, and arranges the imaging apparatus at a position coaxial with the processing laser, so that the processing head has an imaging apparatus. In addition to the above, the illumination device is installed in the assist gas blowing nozzle that supplies the assist gas used in association with laser processing to the processing unit, so it is necessary to provide extra accessories to the processing head. And the processing head can be made compact.

【0008】本発明のレーザ加工モニタリング装置は、
撮像装置により取得した画像情報に基づいた画像処理の
みによって、開先位置、開先のギャップ量、加工レーザ
の照射位置、溶融部の形状、ビード幅、貫通穴の検出な
ど、加工状態の監視や加工制御に必要な情報を得ること
ができる。また、本発明のレーザ加工モニタリング装置
では、撮像装置にレーザ加工部分の認識に適するように
調整された第1のカメラとレーザ加工部周辺部分の認識
に適するように調整された第2のカメラを備え、さらに
各カメラにより撮影した画像情報を合成してレーザ加工
部の状態を示す画像を生成するようにすることができ
る。
The laser processing monitoring apparatus of the present invention is
Only the image processing based on the image information acquired by the imaging device can be used to monitor the processing state such as the groove position, the gap amount of the groove, the irradiation position of the processing laser, the shape of the fusion zone, the bead width, and the detection of the through hole. Information necessary for processing control can be obtained. Further, in the laser processing monitoring apparatus of the present invention, the imaging device includes a first camera adjusted to recognize the laser processed portion and a second camera adjusted to recognize the peripheral portion of the laser processed portion. In addition, the image information captured by each camera can be combined to generate an image showing the state of the laser processing unit.

【0009】レーザ加工では、加工部における輝度は加
工部の周辺部分より際だって強いため、1個のカメラで
撮影すると画像中の周辺部分を明瞭に認識することが困
難である。そこで、光軸をほぼ共有する2個のカメラを
備えて、それぞれのカメラの前面に光学フィルタや光学
絞りを設置したり感光素子の出力増幅率を調整したりし
て、第1のカメラを輝度の高いレーザ加工部に適合する
ように感度を調整し、第2のカメラを輝度の低い加工部
の周辺部分に適合するように感度を調整することが好ま
しい。このような光軸を共有する2個のカメラが取得し
た画像は同じ領域を撮影しているので、そのまま重ねる
ことにより、加工部とその周辺を1枚の画面に映し込ん
だ画像を取得することができる。
In the laser processing, the brightness in the processed portion is significantly stronger than that in the peripheral portion of the processed portion, so that it is difficult to clearly recognize the peripheral portion in the image when photographed by one camera. Therefore, two cameras that share the optical axis are provided, and an optical filter or optical diaphragm is installed in front of each camera, or the output amplification factor of the photosensitive element is adjusted to make the first camera illuminate. It is preferable to adjust the sensitivity so as to be compatible with the laser processing portion having a high luminance and to adjust the sensitivity so that the second camera is adapted to the peripheral portion of the processing portion having a low brightness. The images acquired by the two cameras that share such an optical axis capture the same area, so it is possible to acquire the image of the processed part and its surroundings on a single screen by overlapping them as they are. You can

【0010】さらに、第1カメラの画像と第2カメラの
画像を合成するときに、第1カメラで取得した画像中の
加工部の領域を切り出し、第2カメラで取得した画像中
の加工部以外の領域を切り出して、切り出した2つの領
域を重ねるようにすると、加工部と加工部周辺部分の両
方を明瞭に観察することができる1枚の画像を得ること
ができる。なお、アシストガス吹付けノズル内部の照明
用光学系の前方にアシストガス供給ノズルを設置するこ
とが好ましい。このような構成では、アシストガスが光
学系の前方から吹付けノズルの吹出し孔に流れるので、
異物がノズル内に進入せず光学系が清浄に保たれるばか
りでなく、ガスの流れにより光学系が不安定になること
もない。
Further, when the image of the first camera and the image of the second camera are combined, the region of the processed portion in the image acquired by the first camera is cut out, and the area other than the processed portion in the image acquired by the second camera is cut out. By cutting out the region and overlapping the two cut-out regions, it is possible to obtain a single image in which both the processed portion and the peripheral portion of the processed portion can be clearly observed. In addition, it is preferable to install the assist gas supply nozzle in front of the illumination optical system inside the assist gas blowing nozzle. In such a configuration, since the assist gas flows from the front of the optical system to the blowout hole of the blowing nozzle,
Not only does the foreign matter not enter the nozzle to keep the optical system clean, but also the optical system does not become unstable due to the gas flow.

【0011】本発明のレーザ加工モニタリング装置は、
さらに制御部を備えることによって、撮像装置が取得し
た画像情報に基づいた画像処理によって加工位置や加工
条件の適否をリアルタイムで判定し、これに基づいてレ
ーザ加工の自動制御を行うことができる。なお、本発明
のレーザ加工モニタリング装置は、溶接加工を対象とす
ることができる。
The laser processing monitoring apparatus of the present invention is
Further, by providing the control unit, it is possible to determine in real time whether or not the processing position and the processing conditions are appropriate by image processing based on the image information acquired by the image pickup apparatus, and based on this, automatic control of laser processing can be performed. The laser processing monitoring device of the present invention can be applied to welding processing.

【0012】このとき、撮像装置で取得した画像の基づ
いて生成した開先位置情報とレーザ照射位置情報に基づ
いて加工レーザ位置制御を行うようにしてもよい。開先
と溶接部がそれぞれ明瞭な画像として得られているた
め、開先の位置に溶接ヘッドを導いて適切な溶接加工を
することができる。また、溶接部に形成される溶融部の
形状や貫通穴の状態に基づいて加工条件の調整をオンラ
インで行うことができる。
At this time, the processing laser position control may be performed based on the groove position information and the laser irradiation position information generated based on the image acquired by the image pickup device. Since the groove and the welded portion are respectively obtained as clear images, the welding head can be guided to the position of the groove for proper welding processing. In addition, the processing conditions can be adjusted online based on the shape of the fusion zone formed in the weld and the state of the through hole.

【0013】特に貫通溶接や非貫通溶接を行う場合に
は、画像処理装置が画像処理によって加工レーザ照射位
置における貫通穴を自動判定して報知するようにするこ
とが好ましい。また、これらレーザ加工制御に用いた画
像処理結果は画像表示装置に表示してオペレータが観察
できるようにすることが好ましい。
In particular, when penetration welding or non-penetration welding is performed, it is preferable that the image processing apparatus automatically determines the through hole at the processing laser irradiation position by image processing and notifies it. Further, it is preferable that the image processing result used for the laser processing control is displayed on the image display device so that the operator can observe it.

【0014】本発明のレーザ加工モニタリング装置用照
明装置は、照明用光学系がアシストガス吹付けノズルの
内部に設けられることを特徴とする。本発明の照明装置
は、レーザ加工に必須のアシストガス吹付けノズルに照
明機能を複合するもので、加工ヘッドに余分な照明装置
を付加する必要がないので、レーザ加工装置をコンパク
トに構成することができる。ここで、レーザ加工用アシ
ストガスを照明用光学系の前方から供給してレーザ加工
部分に吹き付けるように構成すると、光学系が安定しか
つ清浄を保持することができる。
The illumination device for laser processing monitoring device of the present invention is characterized in that the illumination optical system is provided inside the assist gas blowing nozzle. The illumination device of the present invention combines the illumination function with the assist gas blowing nozzle essential for laser processing, and it is not necessary to add an additional illumination device to the processing head. Therefore, the laser processing device should be made compact. You can Here, if the laser processing assist gas is supplied from the front of the illumination optical system and sprayed onto the laser processing portion, the optical system can be stable and keep clean.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本実施例は、本出願人が既に開示
したアーク溶接用モニタリング装置をレーザ加工の特徴
を利用してそれに適合するように改良したもので、加工
部の映像によって加工状態の監視や加工制御を可能にし
たものである。以下、実施例に基づいて本発明に係るレ
ーザ加工モニタリング装置および照明装置を詳細に説明
する。図1は本実施例のレーザ加工モニタリング装置の
ブロック図、図2は本実施例に用いるアシストガスノズ
ルの説明図、図3は本実施例の装置を溶接に用いたとき
のレーザ加工部の合成画像の例を示す図面、図4は図3
の合成画像から開先部の状態を検出する方法を説明する
図面、図5はレーザ加工時に貫通穴を検出する方法を説
明する図面である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In this embodiment, the monitoring device for arc welding disclosed by the present applicant has been improved so as to be adapted to it by utilizing the characteristics of laser processing. It enables monitoring and processing control. Hereinafter, a laser processing monitoring device and a lighting device according to the present invention will be described in detail based on embodiments. 1 is a block diagram of a laser processing monitoring apparatus of this embodiment, FIG. 2 is an explanatory view of an assist gas nozzle used in this embodiment, and FIG. 3 is a composite image of a laser processing portion when the apparatus of this embodiment is used for welding. FIG. 4 shows an example of FIG.
5 is a drawing for explaining a method for detecting the state of the groove portion from the composite image of FIG. 5, and FIG. 5 is a drawing for explaining a method for detecting a through hole during laser processing.

【0016】図1に示すように、本実施例のレーザ加工
装置は、レーザ光調整装置1から放射される加工用レー
ザ光2を加工ヘッド5の反射鏡3で反射して被加工部材
4に照射する。レーザ加工、特にレーザ溶接加工では、
加工品質に有害な金属プラズマの発生を抑えるために加
工点に向けてヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスをア
シストガスとして吹き付ける必要がある。本実施例にお
いても、加工進行方向前方にはアシストガスノズル6が
添設されていて、アシストガスを加工部に供給する。
As shown in FIG. 1, in the laser processing apparatus of the present embodiment, the processing laser beam 2 emitted from the laser beam adjusting apparatus 1 is reflected by the reflecting mirror 3 of the processing head 5 and is applied to the workpiece 4. Irradiate. Laser processing, especially laser welding,
In order to suppress the generation of metal plasma, which is harmful to the processing quality, it is necessary to blow an inert gas such as helium or argon as an assist gas toward the processing point. Also in this embodiment, the assist gas nozzle 6 is additionally provided in front of the processing direction, and the assist gas is supplied to the processing portion.

【0017】アシストガスノズル6は、図2に示すよう
な構造になっていて、筒状の本体7の一方の端部8に照
明光を導入し、中央部側面に供給ノズル9を設けてアシ
ストガスを供給する。アシストガスはもう一方の端部に
設けられる噴出口10から加工部に吹き付けられる。照
明光は照明光用光学系11により適当な収束光となって
噴出口10から放射され、加工部を照明する。照明光は
加工用レーザや加工により材料から発する熱放射線など
と波長の異なるものが好ましく、たとえば波長532n
mの2〜3W出力YAG第2高調波レーザなどを使用す
ることができる。照明光用光学系11はアシストガス供
給ノズル9の後方に配置されるので、ノズル内のアシス
トガスの流れに影響されない。しかもアシストガスがシ
ールガスの役割を果たすので光学系が加工時の飛散物な
どで汚れるのを防止して清浄に保持される。
The assist gas nozzle 6 has a structure as shown in FIG. 2, in which illumination light is introduced into one end portion 8 of the cylindrical main body 7, and a supply nozzle 9 is provided on the side surface of the central portion to assist gas. To supply. The assist gas is blown to the processed portion from the jet port 10 provided at the other end. The illumination light becomes appropriate converged light by the illumination light optical system 11 and is emitted from the ejection port 10 to illuminate the processed portion. The illumination light preferably has a wavelength different from that of the processing laser or heat radiation emitted from the material by the processing, for example, a wavelength of 532n.
m 2-3W YAG second harmonic laser or the like can be used. Since the illumination light optical system 11 is arranged behind the assist gas supply nozzle 9, it is not affected by the flow of the assist gas in the nozzle. Moreover, since the assist gas plays the role of a seal gas, the optical system is prevented from being contaminated by scattered substances during processing and is kept clean.

【0018】加工ヘッド5には後部にカメラヘッド14
が取り付けられており、カメラヘッド14には2個のカ
ラーカメラ12,13がセットされている。カメラは、
光軸が加工用レーザと同軸になるように設置され、レー
ザ用反射鏡3を透過する光線を半透過鏡15や反射鏡1
6を介して入射し、加工部を中心とした同じ領域の画像
情報を生成する。なお、レーザ用反射鏡3は加工用レー
ザの波長に対しては反射率が大きいがその他の領域につ
いては透過率が比較的に大きい材質のものが選ばれる。
また、2つのカメラ12,13はそれぞれ異なる波長領
域に感度を有するフィルターを備えて、一方のカメラ
(たとえば第1のカメラ12)で高輝度の加工部分をと
らえ、他方のカメラ(たとえば第2のカメラ13)で加
工部周辺部分をとらえる。
The processing head 5 has a camera head 14 at the rear.
Is attached, and two color cameras 12 and 13 are set on the camera head 14. The camera is
It is installed so that its optical axis is coaxial with the laser for processing, and the light transmitted through the laser reflection mirror 3 is transmitted through the semi-transmission mirror 15 and the reflection mirror 1.
The light enters through 6 to generate image information of the same area centered on the processed portion. The laser reflecting mirror 3 is made of a material having a large reflectance for the wavelength of the processing laser but a relatively large transmittance for the other regions.
Further, the two cameras 12 and 13 are provided with filters having sensitivities in different wavelength regions, so that one camera (for example, the first camera 12) captures a high-intensity processed portion and the other camera (for example, the second camera 12). The camera 13) captures the peripheral area of the processed part.

【0019】第1カメラ12と第2カメラ13の画像情
報は画像合成装置17に取り込まれて、ここで第1カメ
ラで捉えた加工部の領域と、第2カメラ13で捉えた加
工部周辺部分の領域をそれぞれ切り取って合体し、加工
部と周辺部分が共に明瞭に現れた1枚の画像情報にす
る。このとき、それぞれ適当な色彩変換を施することに
より見やすい画像にすることもできる。合成された画像
は、監視モニタ18に表示してオペレータの観察に供す
ると共に、画像処理装置19において画像処理してレー
ザ加工に有用な情報を抽出する。なお、第1カメラと第
2カメラで捉えた画像もそれぞれそのまま監視モニター
18に表示することができる。
The image information of the first camera 12 and the second camera 13 is taken into the image synthesizing device 17, and the area of the processing portion captured by the first camera and the peripheral portion of the processing portion captured by the second camera 13 are captured here. The respective areas are cut and united to form one piece of image information in which the processed portion and the peripheral portion both clearly appear. At this time, an image that is easy to see can be obtained by performing appropriate color conversion. The combined image is displayed on the monitor 18 for observation by the operator, and the image processing device 19 performs image processing to extract information useful for laser processing. The images captured by the first camera and the second camera can be displayed on the monitor 18 as they are.

【0020】レーザ加工部とその周辺領域の画像情報か
ら画像処理により得ることができる有用な情報として、
加工レーザ照射位置、溶融部の形状・面積、貫通穴の検
出、貫通穴の大きさ、溶接における開先位置、開先のギ
ャップ、ビード幅、などがある。これらの情報は、検出
結果表示装置20を介してオペレータに報知すると共
に、レーザ加工制御装置21に送る。検出結果表示装置
20は監視モニター18と同じものであっても良い。レ
ーザ加工部の画像と画像処理結果を重ねて表示すると、
オペレータは加工状況をより的確に把握することができ
る。レーザ加工制御装置21は、レーザ調整装置1を制
御して加工レーザ光の調整と加工ヘッドの位置調整を行
うことにより、実時間加工制御を実行する。
As useful information that can be obtained by image processing from the image information of the laser processing part and its peripheral area,
There are processing laser irradiation position, shape / area of fusion zone, detection of through hole, size of through hole, groove position in welding, groove gap of groove, bead width, etc. These pieces of information are notified to the operator via the detection result display device 20 and sent to the laser processing control device 21. The detection result display device 20 may be the same as the monitoring monitor 18. When the image of the laser processing part and the image processing result are superimposed and displayed,
The operator can grasp the processing situation more accurately. The laser processing control device 21 controls the laser adjustment device 1 to adjust the processing laser light and adjust the position of the processing head, thereby executing real-time processing control.

【0021】たとえば、開先位置情報によってレーザ照
射位置とワークの相対位置関係を制御して自動開先倣い
を行うことができる。また、開先位置情報とレーザ位置
情報から目外れ量を測定してレーザ照射位置とワークと
の相対位置関係を調整して目外れ修正を行うことができ
る。さらに、非貫通溶接を行っているときに貫通穴を検
出すれば異常であると判断し、貫通溶接を行っていると
きに貫通穴が塞がっていれば異常と判断して、オペレー
タに警報する。なお、画像合成装置17と画像処理装置
19は、1体のマイクロコンピュータで構成しても良い
ことはいうまでもない。
For example, it is possible to control the relative positional relationship between the laser irradiation position and the workpiece based on the groove position information to perform automatic groove copying. Further, it is possible to correct the misalignment by measuring the amount of misalignment from the groove position information and the laser position information and adjusting the relative positional relationship between the laser irradiation position and the work. Furthermore, if a through hole is detected during non-through welding, it is determined to be abnormal, and if the through hole is blocked during through welding, it is determined to be abnormal and an operator is alerted. It goes without saying that the image synthesizing device 17 and the image processing device 19 may be configured by a single microcomputer.

【0022】図3は、レーザ溶接を行っている状態を撮
影した合成画像の典型例を示す図面である。第1カメラ
12には可視光の長波長領域と赤外領域を透過するフィ
ルタが用いられ、第2カメラ13には赤色光と赤外線を
カットするフィルタが用いられている。このため、画像
合成装置17により合成された画像のほぼ中央に加工用
レーザが照射している加工部31が発熱のため明るく写
っており、その周辺部に照明光に照らされた溶融池33
があり、さらに後方に溶接ビード部分34がやや暗く写
っている。ビーム照射部分に小さな暗い円があれば貫通
穴32である。
FIG. 3 is a view showing a typical example of a composite image obtained by photographing a state where laser welding is performed. The first camera 12 uses a filter that transmits a long wavelength region of visible light and an infrared region, and the second camera 13 uses a filter that cuts red light and infrared light. For this reason, the processing portion 31 irradiated by the processing laser is brightly photographed due to heat generation in almost the center of the image synthesized by the image synthesizing device 17, and the peripheral portion of the molten pool 33 illuminated by the illumination light.
And the weld bead portion 34 is slightly darker in the rear. If there is a small dark circle in the beam irradiation portion, it is a through hole 32.

【0023】レーザ加工熱により赤い光を発している部
分の外側には溶接進行の前方から照射するYAG第2高
調波レーザの照明光に照らされた材料表面35が写って
いる。開先部分36は照明光が届かないため暗黒に表示
されている。また、照明光の照射領域の外側は暗黒部3
7となっている。なお、画像をさらに明瞭にするため、
第1カメラ12に映像として現れている領域を第2カメ
ラ13の画像から切り取り、その切り取った部分に第1
カメラ12の画像を嵌め込んで1枚の画像を合成しても
良い。
The material surface 35 illuminated by the illumination light of the YAG second harmonic laser radiated from the front of the welding process is reflected on the outside of the portion emitting red light due to the laser processing heat. The groove portion 36 is displayed in dark because the illumination light does not reach it. In addition, the dark portion 3 is located outside the irradiation area of the illumination light.
It is 7. In order to make the image clearer,
The region appearing as an image on the first camera 12 is cut from the image of the second camera 13, and the first part is cut on the cut portion.
You may fit the image of the camera 12 and synthesize | combine one image.

【0024】材料表面35は照明光の反射により明るく
なっているのに対して、開先部分36からは光が反射し
ないため暗い。したがって、合成画像を用いて開先線3
6の位置とギャップすなわち開先幅Gを容易に求めるこ
とができる。図4の右側に示すような合成画像30にお
いて、開先36の方向に垂直な切断線A−A’を設定
し、この切断線に沿って輝度変化を測定する。すると、
図4の左側に示すように開先部分36が落ち込んだ形状
になる。この落ち込んだ部分の幅が開先幅Gになる。
The material surface 35 is bright due to the reflection of illumination light, while it is dark because no light is reflected from the groove portion 36. Therefore, using the composite image, the groove line 3
The position 6 and the gap, that is, the groove width G can be easily obtained. In the composite image 30 as shown on the right side of FIG. 4, a cutting line AA ′ perpendicular to the direction of the groove 36 is set, and the change in luminance is measured along this cutting line. Then,
As shown on the left side of FIG. 4, the groove portion 36 has a depressed shape. The width of this depressed portion becomes the groove width G.

【0025】加工用レーザは加工部31の中心を照射し
ているから、合成画像から直ちにビーム照射位置Rを知
ることができる。また、開先部36の中心線とビーム照
射位置Rの距離が目外れ量Dである。カメラ画像ではビ
ーム照射部31が最も輝度が高く溶融部33はその次に
輝度が高い領域になっている。溶融部33とその外側の
部分34との間には輝度差があるため、しきい値処理に
より溶融部の形状を確定することができ、溶融部の面積
も容易に求めることができる。
Since the processing laser irradiates the center of the processing portion 31, the beam irradiation position R can be immediately known from the composite image. Further, the distance between the center line of the groove portion 36 and the beam irradiation position R is the deviation amount D. In the camera image, the beam irradiation part 31 has the highest brightness and the fusion part 33 has the next highest brightness. Since there is a brightness difference between the fusion zone 33 and the portion 34 on the outside thereof, the shape of the fusion zone can be determined by thresholding, and the area of the fusion zone can be easily obtained.

【0026】貫通穴32は明るいビーム照射部分31の
中に存在する暗い穴として適当なしきい値を使った処理
により検出することができるが、高速で機械的に判断す
るために、図5に示す方法を用いても良い。すなわち、
たとえば8×8の画素からなる領域を窓38として、画
像の中心部分で窓38の位置を僅かに揺動させながら窓
38の中心部39の平均明度と周辺にたとえば8箇所設
定した画素40の平均明度の差を算出して、揺動中で最
大の明度差を適当に定めたしきい値と比較して判定す
る。貫通穴32があればビーム照射部31より暗いので
明度差が大きくなるから、簡単な演算で貫通穴の存否を
直ちに判定することができる。さらに、溶融部33の後
ろに続く溶接ビード部は表面が凸形状になっていて平面
でないので、エッジ処理により境界線を検出することが
できる。写っている溶接ビード34の形状から溶接ビー
ド幅Bを求めることができる。
The through hole 32 can be detected as a dark hole existing in the bright beam irradiation portion 31 by a process using an appropriate threshold value, but it is shown in FIG. 5 for mechanical judgment at high speed. A method may be used. That is,
For example, an area consisting of 8 × 8 pixels is used as the window 38, and the average brightness of the central portion 39 of the window 38 and the pixels 40 set at, for example, eight locations around the central portion of the window 38 while slightly swinging the position of the window 38. The difference in average brightness is calculated, and the maximum brightness difference during rocking is compared with an appropriately determined threshold value for determination. If there is the through hole 32, it is darker than the beam irradiating section 31 and the difference in brightness becomes large, so that the presence or absence of the through hole can be immediately determined by a simple calculation. Further, since the weld bead portion following the fusion zone 33 has a convex surface and is not a flat surface, the boundary line can be detected by edge processing. The weld bead width B can be obtained from the shape of the weld bead 34 in the image.

【0027】こうして求めたレーザ加工の状態はオペレ
ータの注意を喚起するため表示したり、加工制御装置に
供給して自動制御運転に使用したりすることができる。
近年、レーザ能力の増進に伴いレーザ加工速度が極めて
高くなってきており、信頼の置けるインプロセス制御方
法が切望されていたが、本実施例のレーザ加工モニタリ
ング装置によれば、上記のようにインプロセスでレーザ
加工制御を行うことができる。本実施例はレーザ溶接に
適用したものであるが、本発明のレーザ加工モニタリン
グ装置はレーザ切断やレーザ鑽孔など他の種類のレーザ
加工においても同様に利用できることはいうまでもな
い。
The state of laser processing thus obtained can be displayed to call the operator's attention, or can be supplied to a processing control device and used for automatic control operation.
In recent years, the laser processing speed has become extremely high with the increase of the laser capacity, and a reliable in-process control method has been earnestly desired. However, according to the laser processing monitoring apparatus of the present embodiment, as described above, Laser processing control can be performed in the process. Although this embodiment is applied to laser welding, it goes without saying that the laser processing monitoring apparatus of the present invention can be similarly used for other types of laser processing such as laser cutting and laser drilling.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のレーザ加工
モニタリング装置と照明装置は、加工ヘッド内に撮像装
置を組み込み照明装置をレーザ加工に必須であるアシス
トガスノズルに組み込んで利用するものであるから、部
品点数を削減し加工ヘッド部分も大型化せずに高度な溶
接情報収集を行い、しかも得られた情報に基づいた画像
処理のみによって有用な溶接情報を生成してレーザ加工
の直接制御を行うことができるようになった。
As described above, the laser processing monitoring apparatus and the illuminating apparatus of the present invention incorporate the imaging device in the processing head and use the illuminating apparatus by incorporating it into the assist gas nozzle which is essential for laser processing. , We collect advanced welding information without reducing the number of parts and increasing the size of the processing head part, and generate useful welding information only by image processing based on the obtained information and directly control laser processing. I was able to do it.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の1実施例におけるレーザ加工モニタリ
ング装置のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a laser processing monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施例に用いるアシストガスノズルの断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view of an assist gas nozzle used in this embodiment.

【図3】本実施例の装置を溶接に用いたときのレーザ加
工部の合成画像の例を示す図面である。
FIG. 3 is a drawing showing an example of a composite image of a laser processing portion when the apparatus of this embodiment is used for welding.

【図4】図3の合成画像から開先部の状態を検出する方
法を説明する図面である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of detecting the state of the groove portion from the composite image of FIG.

【図5】本実施例においてレーザ加工時に貫通穴を検出
する方法の1例を説明する図面である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a method of detecting a through hole during laser processing in this embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ調整装置 2 加工用レーザ光 3 レーザ用反射鏡 4 被加工部材 5 加工ヘッド 6 アシストガスノズル 7 ノズル本体 8 照明光側端部 9 供給ノズル 10 噴出口 11 照明光用光学系 12,13 カラーカメラ 14 カメラヘッド 15 半透過鏡 16 反射鏡 30 合成画像 31 レーザ照射部 32 貫通穴 33 溶融部 34 溶接ビード部 35 照明光照射部 36 開先部 37 照明の届かない部分 38 窓 39 中心画素部 40 周辺画素部 1 Laser adjustment device 2 Processing laser light 3 Laser reflector 4 Work piece 5 processing head 6 Assist gas nozzle 7 Nozzle body 8 Illumination side end 9 supply nozzles 10 spouts 11 Illumination optical system 12, 13 color camera 14 camera head 15 Semi-transparent mirror 16 Reflector 30 composite images 31 Laser irradiation part 32 through holes 33 Melting part 34 Weld bead 35 Illumination light irradiation unit 36 groove part 37 Areas not illuminated 38 windows 39 Central pixel part 40 peripheral pixels

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中林 督博 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工 業株式会社 野田工場内 (56)参考文献 特開2000−176673(JP,A) 特開 昭64−2795(JP,A) 特開 平11−277231(JP,A) 特開 平10−328865(JP,A) 特開 平5−8067(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/42 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Masahiro Nakabayashi 118 Futtsuka, Noda City, Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Noda Factory (56) References JP 2000-176673 (JP, A) JP 64 -2795 (JP, A) JP 11-277231 (JP, A) JP 10-328865 (JP, A) JP 5-8067 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl) . 7, DB name) B23K 26/00 - 26/42

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 加工ヘッド内に加工用レーザと光軸が一
致するように配設された撮像装置と、噴出口からレーザ
加工部にアシストガスを吹き付けるアシストガス吹付け
ノズルに組み込まれて照明光を該噴出口から放射してレ
ーザ加工部分を照明する照明装置と、画像表示装置と、
画像処理装置を備え、該照明装置に照明されたレーザ加
工部を前記撮像装置により撮影して画像表示装置に表示
し、前記画像処理装置が画像処理によって加工レーザ照
射位置における貫通穴を検出して報知するレーザ加工モ
ニタリング装置。
1. An illumination device, which is incorporated in an imaging device disposed in a processing head so that an optical axis thereof coincides with that of a processing laser, and an assist gas blowing nozzle for blowing an assist gas from a jet port to a laser processing portion. An illuminating device for irradiating the laser-processed portion by radiating from the ejection port, and an image display device ,
An image processing device is provided, and the laser processing part illuminated by the illumination device is photographed by the imaging device and displayed on the image display device.
However, the image processing device uses the image processing to process the laser light.
A laser processing monitoring device that detects and reports a through hole at the shooting position .
【請求項2】 前記撮像装置が、レーザ加工部分の認識
に適するように調整された第1のカメラとレーザ加工部
周辺部分の認識に適するように調整された第2のカメラ
を備え、さらに前記画像処理装置が各カメラにより撮影
した画像情報を合成してレーザ加工部の状態を示す画像
を生成することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工
モニタリング装置。
2. The image pickup device includes a first camera adjusted to recognize a laser processed portion and a second camera adjusted to recognize a peripheral portion of the laser processed portion, and further comprises: the image processing apparatus laser processing monitoring device according to claim 1, wherein by combining the image information captured by the camera, wherein the benzalkonium generate an image showing the state of the laser processing unit.
【請求項3】 前記照明装置の照明用光学系が前記アシ
ストガス吹付けノズルの内部に設けられアシストガスが
該照明用光学系の前方に供給されることを特徴とする請
求項1または2記載のレーザ加工モニタリング装置。
3. The illumination optical system of the illumination device is provided inside the assist gas blowing nozzle, and the assist gas is supplied in front of the illumination optical system. Laser processing monitoring device.
【請求項4】 さらに、制御部を備え、該制御部が前記
撮像装置で撮影した画像の情報に基づいてレーザ加工制
御を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれかに
記載のレーザ加工モニタリング装置。
4. The laser according to claim 1, further comprising a control unit, the control unit performing laser processing control based on information of an image captured by the imaging device. Processing monitoring device.
【請求項5】 前記レーザ加工は溶接加工であることを
特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のレーザ加
工モニタリング装置。
5. The laser processing monitoring device according to claim 1, wherein the laser processing is welding processing.
【請求項6】 前記制御部は、開先位置情報とレーザ照
射位置情報に基づいて加工レーザ位置制御を行うことを
特徴とする請求項5記載のレーザ加工モニタリング装
置。
6. The laser processing monitoring device according to claim 5, wherein the control unit controls the processing laser position based on the groove position information and the laser irradiation position information.
【請求項7】 前記画像表示装置が前記レーザ加工制御
を行うために用いた画像処理結果を表示することを特徴
とする請求項1から6のいずれかに記載のレーザ加工モ
ニタリング装置。
7. The laser processing monitoring device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said image display device for displaying an image processing result used to perform the laser processing control.
【請求項8】 前記画像処理装置は、貫通穴検出用の窓
を使って、該窓を揺動させながら該窓の中心部における
平均明度と周辺部における平均明度の差を算出して揺動
中で最大の明度差を求めて該最大明度差が所定の閾値よ
り大きいときに貫通穴が存在すると判定することを特徴
とする請求項1から7のいずれかに記載のレーザ加工モ
ニタリング装置。
8. The image processing device comprises a window for detecting a through hole.
In the center of the window while rocking the window
Shake by calculating the difference between the average brightness and the average brightness in the surrounding area
Among them, the maximum brightness difference is obtained, and the maximum brightness difference is a predetermined threshold value.
Characterized by determining that there is a through hole when the size is larger
The laser processing model according to any one of claims 1 to 7.
Nittering device.
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