JP2003103382A - Setting method for laser beam irradiation position - Google Patents
Setting method for laser beam irradiation positionInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はレーザビームおよび
他の熱源を併用した材料の溶接または加工方法に係り、
溶接または加工の目的に応じた適切なレーザビーム照射
位置を設定する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for welding or processing a material using a laser beam and another heat source in combination,
The present invention relates to a technique for setting an appropriate laser beam irradiation position according to the purpose of welding or processing.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザビーム単独では困難な加工、レー
ザビームの能力向上、レーザビームとの併用熱源の能力
向上、あるいはレーザビームとの併用熱源の制御を目的
として、レーザビームおよび他の熱源を併用して溶接ま
たは加工を行う方法がある。レーザビームと共に併用す
る熱源は、加工の目的に応じてレーザビームの影響力の
増大（あるいはレーザビームによる他熱源の影響力の増
大）、予熱効果によるレーザ吸収率の増大、加工位置に
おける急加熱・急冷の抑制あるいはレーザビームによる
併用熱源の制御などに用いられているが、例えばレーザ
ビームを用いる溶接加工では、一般に用いられているア
ーク放電溶接とは異なり、キーホールを形成することで
溶接加工が行われるため、レーザビームによる溶接加工
では加工プロセスの評価が極めて困難である。それで、
加工の目的、レーザビーム出力あるいは併用熱源の種類
などに応じて予備実験を行い、それらの実験結果を基
に、それぞれの条件におけるレーザビームの適切な照射
位置を設定していた。2. Description of the Related Art A laser beam and other heat sources are used together for the purpose of processing that is difficult with a laser beam alone, the ability of the laser beam to be improved, the ability of a heat source used in combination with a laser beam to be improved, or the heat source used in combination with a laser beam to be controlled. Then, there is a method of welding or processing. The heat source used together with the laser beam increases the influence of the laser beam (or the influence of other heat sources by the laser beam) according to the purpose of machining, increases the laser absorption rate by the preheating effect, and rapidly heats the machining position. It is used for suppressing quenching or controlling a combined heat source with a laser beam.For example, in welding processing using a laser beam, welding processing is performed by forming a keyhole, unlike arc discharge welding which is generally used. Therefore, it is extremely difficult to evaluate the processing process by laser beam welding. So
Preliminary experiments were conducted according to the purpose of processing, laser beam output, and the type of combined heat source, and based on the experimental results, the appropriate irradiation position of the laser beam was set under each condition.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記従来方法では、加
工の目的、レーザビーム出力あるいはレーザビームと共
に併用する熱源の種類等のパラメータが変化した場合
に、適切なレーザ照射位置を実験により把握する必要が
ある。レーザビームは、溶接等に一般に用いられている
アーク放電現象以上に多数の加工パラメータを有してお
り、レーザビームと他の熱源を併用する加工において
は、加工パラメータの数はさらに増加するため、加工目
的に応じて最適なレーザ照射位置を設定するためには多
くの実験を行う必要があり、極めて非能率的であった。In the above-mentioned conventional method, it is necessary to experimentally determine an appropriate laser irradiation position when parameters such as the purpose of processing, the laser beam output or the type of heat source used together with the laser beam are changed. There is. The laser beam has a large number of processing parameters beyond the arc discharge phenomenon that is generally used for welding and the like, and in the processing in which the laser beam and other heat sources are used together, the number of processing parameters further increases, Many experiments were required to set the optimum laser irradiation position according to the processing purpose, and it was extremely inefficient.
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解決し、加工目的あるいは加工方法の変化に対し
て、容易に、かつ迅速に対応することが可能となるレー
ザビーム照射位置設定方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a laser beam irradiation position setting method which solves the above problems in the prior art and can easily and quickly respond to changes in the processing purpose or the processing method. To provide.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、請求項１に記載のように、レー
ザビームと他の熱源とを併用して行う溶接または加工に
おいて、上記溶接または加工位置におけるレーザビーム
照射位置の設定を、レーザビームと共に併用する熱源に
対して熱伝導方程式に基づく熱伝導モデルを適用して、
レーザビームと併用する他の熱源単独時の熱影響範囲を
把握し、溶接または加工の目的に応じて最も効率の良い
位置にレーザビームを照射するレーザビーム照射位置設
定方法とするものである。In order to achieve the above object, the present invention has a structure as described in the claims. That is, as described in claim 1, in welding or processing performed by using a laser beam and another heat source together, the setting of the laser beam irradiation position at the welding or processing position is performed with respect to the heat source used together with the laser beam. Applying the heat conduction model based on the heat conduction equation,
This is a method for setting a laser beam irradiation position, in which the heat-affected area when another heat source used alone together with the laser beam is grasped and the most efficient position is irradiated with the laser beam according to the purpose of welding or processing.
【０００６】また、請求項２に記載のように、請求項１
において、レーザビームと併用する熱源が、ＴＩＧ（イ
ナートガスタングステンアーク溶接）、オープンアーク
放電、プラズマジェットまたはレーザビームであるレー
ザビーム照射位置設定方法とするものである。Further, as described in claim 2, claim 1
In the above, the heat source used in combination with the laser beam is a laser beam irradiation position setting method which is TIG (Inert Gas Tungsten Arc Welding), open arc discharge, plasma jet or laser beam.
【０００７】また、請求項３に記載のように、請求項１
または請求項２において、使用するレーザビームの種類
が炭酸ガスレーザ、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウ
ム・ガーネット）レーザ、ヨウ素レーザ、半導体レーザ
またはエキシマレーザを用いるレーザビーム照射位置設
定方法とするものである。Further, as described in claim 3, claim 1
Alternatively, in the present invention, the type of laser beam used is a laser beam irradiation position setting method using a carbon dioxide gas laser, a YAG (yttrium aluminum garnet) laser, an iodine laser, a semiconductor laser or an excimer laser.
【０００８】また、請求項４に記載のように、請求項１
ないし請求項３のいずれか１項において、レーザビーム
および他の熱源を併用した加工が、材料の切断、穴開
け、マーキング、スクライビング、溶接、溶射、熱処
理、薄層除去または表面改質であるレーザビーム照射位
置設定方法とするものである。Further, as described in claim 4, claim 1
The laser according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser beam and the other heat source are used in combination, which is cutting, drilling, marking, scribing, welding, thermal spraying, heat treatment, thin layer removal or surface modification of the material. The beam irradiation position setting method is used.
【０００９】また、請求項５に記載のように、請求項１
ないし請求項４のいずれか１項において、レーザビーム
と共に併用する熱源の種類が１種類もしくは２種類以上
使用するレーザビーム照射位置設定方法とするものであ
る。Further, as described in claim 5, claim 1
The method for setting a laser beam irradiation position according to any one of claims 4 to 4, wherein the heat source used in combination with the laser beam is one kind or two or more kinds.
【００１０】また、請求項６に記載のように、請求項１
ないし請求項５のいずれか１項において、レーザビーム
と共に併用する熱源単独時の熱影響範囲を把握する熱伝
導方程式が、二次元または三次元熱伝導方程式を用いる
レーザビーム照射位置設定方法とするものである。Further, as described in claim 6, claim 1
In any one of claims 5 to 6, the heat conduction equation for grasping the heat affected range when the heat source is used alone together with the laser beam is a laser beam irradiation position setting method using a two-dimensional or three-dimensional heat conduction equation. Is.
【００１１】また、請求項７に記載のように、請求項１
ないし請求項６のいずれか１項において、レーザビーム
と共に併用する熱源に対する熱伝導方程式に基づく熱伝
導状況の計算結果、またはレーザビームと共に併用する
熱源単独時の基礎実験による熱伝導状況のデータから、
レーザビームと共に併用する熱源単独時の熱影響範囲を
把握することにより、レーザビームおよび他の熱源を併
用する加工における加工状態監視システムを構成するレ
ーザビーム照射位置設定方法とするものである。Further, as described in claim 7, claim 1
According to any one of claims 6 to 6, from the calculation result of the heat conduction state based on the heat conduction equation for the heat source used in combination with the laser beam, or the data of the heat conduction state in the basic experiment when the heat source used in combination with the laser beam is independent,
The laser beam irradiation position setting method constitutes a processing state monitoring system in processing in which a laser beam and another heat source are used together by grasping a heat affected range when a heat source used alone together with a laser beam is grasped.
【００１２】また、請求項８に記載のように、請求項１
ないし請求項７のいずれか１項において、加工目的が溶
接および溶射の溶加材を用いるものである場合、レーザ
ビームと共に併用する熱源に対する熱伝導方程式に基づ
く熱伝導状況の計算結果、またはレーザビームと共に併
用する熱源単独時の基礎実験による熱伝導状況のデータ
から、レーザビームと共に併用する熱源単独時の熱影響
範囲を把握することにより適切な溶加材の送給位置また
は溶加材の送給方向を設定するレーザビーム照射位置設
定方法とするものである。Further, as described in claim 8, claim 1
8. In any one of claims 7 to 7, when the processing purpose is to use a filler material for welding and thermal spraying, the calculation result of the heat conduction state based on the heat conduction equation for the heat source used together with the laser beam, or the laser beam With the data of the heat conduction condition from the basic experiment when the heat source used alone is used together with the laser beam, it is possible to grasp the heat influence range when the heat source used alone with the laser beam is used to determine the appropriate welding position or position of the welding material. This is a method for setting the laser beam irradiation position for setting the direction.
【００１３】また、請求項９に記載のように、請求項１
ないし請求項８のいずれか１項において、上記レーザビ
ームおよび他の熱源を併用する加工における加工状態監
視システムを用いることにより、最適なレーザビーム照
射位置を維持する制御機構を構成するレーザビーム照射
位置設定方法とするものである。Further, as described in claim 9, claim 1
The laser beam irradiation position according to any one of claims 8 to 8, which constitutes a control mechanism for maintaining an optimum laser beam irradiation position by using the processing state monitoring system in the processing in which the laser beam and another heat source are used in combination. This is the setting method.
【００１４】また、請求項１０に記載のように、請求項
１ないし請求項９のいずれか１項において、レーザビー
ムと共に併用する熱源に対する熱伝導方程式に基づく熱
伝導状況の計算結果、またはレーザビームと共に併用す
る熱源単独時の基礎実験による熱伝導状況のデータか
ら、レーザビームと共に併用する熱源単独時の熱影響範
囲を把握することにより、材料加工後の歪みまたは残留
応力の状態を推定するシステムを構成するレーザビーム
照射位置設定方法とするものである。Further, as described in claim 10, in any one of claims 1 to 9, the calculation result of the heat conduction state based on the heat conduction equation for the heat source used together with the laser beam, or the laser beam. A system that estimates the state of strain or residual stress after material processing by grasping the thermal influence range of the heat source used alone with the laser beam from the data of the heat conduction state by the basic experiment when the heat source used alone with This is a method for setting the laser beam irradiation position to be configured.
【００１５】本発明は、レーザビームと共に用いられる
熱源に対して、下記の（数１）式および（数２）式に示
される２次元、または３次元熱伝導方程式に基づく熱伝
導モデルを用いることにより、レーザビームと共に併用
する熱源単独時の熱影響範囲を把握することができる。The present invention uses a heat conduction model based on a two-dimensional or three-dimensional heat conduction equation shown in the following (Equation 1) and (Equation 2) for a heat source used with a laser beam. Thus, it is possible to grasp the heat-affected area when the heat source used alone together with the laser beam is used.
【００１６】[0016]
【数１】 [Equation 1]
【００１７】[0017]
【数２】
ここで、Ｔ：温度、Ｋ：熱伝導率、ｃ：比熱、ρ：密度
を表わす。[Equation 2] Here, T: temperature, K: thermal conductivity, c: specific heat, and ρ: density.
【００１８】この熱伝導モデルは計算精度を向上するた
め、レーザビームと共に併用する熱源単独での実験を行
い熱効率等のパラメータを最適な値に設定することで、
レーザビームとの併用時にレーザビーム焦点位置をより
正確に設定することが可能となる。In order to improve the calculation accuracy of this heat conduction model, by performing an experiment with a heat source used together with a laser beam and setting parameters such as thermal efficiency to optimum values,
It becomes possible to more accurately set the laser beam focus position when used together with the laser beam.
【００１９】上記方法により、加工目的および加工条件
の変化に対し、レーザビームおよび他の熱源を併用した
多くの実験を行うことなく、レーザビーム単独時の基礎
実験データおよびレーザビームと共に併用する熱源に対
する熱伝導モデルを用いた計算結果から最適なレーザビ
ーム照射位置を設定することが可能となる。According to the above method, the basic experimental data when the laser beam is used alone and the heat source used in combination with the laser beam, without performing many experiments in which the laser beam and other heat sources are used in combination, with respect to changes in the processing purpose and processing conditions. It is possible to set the optimum laser beam irradiation position from the calculation result using the heat conduction model.
【００２０】ここで、レーザビームと共に用いる熱源
は、ＴＩＧ（イナートガスタングステンアーク溶接）、
オープンアーク放電、プラズマジェット等の加工が熱伝
導方程式で近似できるものであり、レーザビームと共に
併用する熱源としてレーザビームを用いる場合は、キー
ホールを形成するような条件ではなく、焦点をぼかし、
材料の加熱等で加工が熱伝導方程式で近似できるものと
する。Here, the heat source used with the laser beam is TIG (Inert Gas Tungsten Arc Welding),
Processing such as open arc discharge and plasma jet can be approximated by a heat conduction equation, and when a laser beam is used as a heat source used together with a laser beam, the focus is blurred instead of the condition of forming a keyhole.
It is assumed that the processing can be approximated by the heat conduction equation by heating the material.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、３次元熱伝導方程式
（数２式）を用いて、所定の任意の条件におけるＴＩＧ
（イナートガスタングステンアーク溶接）アークの被溶
接物への熱伝導状況（熱伝導モデル）を計算した結果で
ある。ここで、図１（ａ）および図２（ａ）は、ＴＩＧ
熱源２を用い、母材１上の熱伝導方向（ｘ、ｙ、ｚ方
向）を示す。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 (a), (b), (c) and FIGS. 2 (a), (b), (c) use the three-dimensional heat conduction equation (Equation 2) for TIG under a predetermined arbitrary condition.
(Inert gas tungsten arc welding) This is the result of calculating the heat conduction state (heat conduction model) of the arc to the workpiece. Here, FIG. 1A and FIG.
The heat conduction direction (x, y, z direction) on the base material 1 is shown using the heat source 2.
【００２２】図１（ｂ）および図２（ｂ）は、ＴＩＧ熱
源２を中心としｘ、ｙ方向に伝熱した場合の等温線を示
し、図１（ｃ）および図２（ｃ）は、ｘ、ｚ方向に伝熱
した場合の等温線を示す。これらの結果は、融点１５３
５℃の軟鋼に対するもので、ＴＩＧアーク単独実験によ
る熱効率の補正を加味している。1 (b) and 2 (b) show isotherms when heat is transferred in the x and y directions about the TIG heat source 2, and FIGS. 1 (c) and 2 (c) show The isotherms when heat is transferred in the x and z directions are shown. These results show a melting point of 153
This is for mild steel of 5 ° C, and the correction of thermal efficiency by TIG arc alone experiment is added.
【００２３】本実施の形態では、上記計算結果を基に、
加工目的に応じたレーザ照射位置の設定を行う方法を提
案するものである。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、併用熱源と
して本実施の形態ではＴＩＧアークを併用する場合を例
示する。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、１は母
材、２はＴＩＧ熱源、３は３００℃等温線、４は１５３
５℃等温線、５はレーザ照射軸（１）、６はレーザ照射
軸（２）を示す。また、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に
おいて、７はレーザ照射軸（３）、８はレーザ照射軸
（４）を示す。併用熱源（ここではＴＩＧアーク）を予
熱目的に用い、レーザを３００℃の位置に照射したい場
合には、図１（ｃ）のレーザ照射軸（１）５の位置に、
図２（ｃ）のレーザ照射軸（３）７の位置にレーザ照射
軸を設定すればよいことが分かる。In the present embodiment, based on the above calculation results,
It proposes a method of setting the laser irradiation position according to the processing purpose. As shown in FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c) and FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c), this embodiment exemplifies a case where a TIG arc is used together as a combined heat source. 1 (a), (b), and (c), 1 is a base material, 2 is a TIG heat source, 3 is a 300 ° C. isotherm, and 4 is 153.
5 ° C. isotherm, 5 indicates a laser irradiation axis (1), and 6 indicates a laser irradiation axis (2). Further, in FIGS. 2A, 2B, and 2C, 7 indicates a laser irradiation axis (3), and 8 indicates a laser irradiation axis (4). When the combined heat source (here, TIG arc) is used for the purpose of preheating and it is desired to irradiate the laser at the position of 300 ° C., the laser irradiation axis (1) 5 of FIG.
It is understood that the laser irradiation axis may be set at the position of the laser irradiation axis (3) 7 in FIG. 2 (c).
【００２４】次に、併用熱源をレーザの溶け込みを増大
させる目的で用いる場合には、溶け込みを最大とするた
めに、図１（ｃ）のレーザ照射軸（２）６の位置に設定
し、その時のＴＩＧアークによる溶け込みを基準にレー
ザ焦点を設定すれば良いことになる。一方、図２（ｃ）
ではレーザ照射軸（４）８の位置に設定し、その時のＴ
ＩＧアークによる溶け込みを基準にレーザ焦点を設定す
ることにより溶け込みは最大となる。このように、熱伝
導状況の計算結果を基に熱伝導モデルを設定し、レーザ
の照射位置を設定することにより、膨大な実験を行う必
要がなく、適切なレーザ照射位置を設定することができ
ると共に、その時の溶け込み深さを予測することも可能
となる。Next, when the combined heat source is used for the purpose of increasing the penetration of the laser, it is set at the position of the laser irradiation axis (2) 6 in FIG. 1 (c) in order to maximize the penetration. It suffices to set the laser focus on the basis of the melting due to the TIG arc. On the other hand, FIG. 2 (c)
Then, set the position of the laser irradiation axis (4) 8 and
The penetration is maximized by setting the laser focus based on the penetration by the IG arc. In this way, by setting the heat conduction model based on the calculation result of the heat conduction state and setting the laser irradiation position, it is possible to set an appropriate laser irradiation position without performing enormous experiments. At the same time, it becomes possible to predict the penetration depth at that time.
【００２５】図３に、併用熱源をレーザの溶け込みを増
大させる目的で用いる場合の実験結果の一例を示す。図
３（ａ）は、図１（ｃ）に示すレーザ照射軸（２）６の
位置に設定したＴＩＧアーク条件における溶け込み形状
１８ａを示す。図３（ｂ）は、レーザ照射軸を上記図３
（ａ）の状態〔図１（ｃ）に示すレーザ照射軸（２）
６〕から変更しなかった時の溶け込み形状１８ｂを示
す。図３（ｃ）は、図２（ｃ）に示すレーザ照射軸
（４）８の位置に設定したＴＩＧアーク条件における溶
け込み形状１８ｃを示す。図に示すごとく、図３（ａ）
に示す溶け込み深さは約５.５ｃｍ、図３（ｂ）は約６.
２ｃｍ、図３（ｃ）は約７.２ｃｍで、レーザ照射軸を
図３（ａ）の状態〔図１（ｃ）に示すレーザ照射軸
（２）６〕から変更しなかった図３（ｂ）の溶け込み深
さは約６.２ｃｍであったが、図２（ｃ）に示すレーザ
照射軸（４）８の位置に設定した図３（ｃ）の場合には
溶け込み深さが約７.２ｃｍとなり、図３（ｂ）の場合
よりも溶け込み深さが約１６％も増加し、本発明のレー
ザビーム照射位置設定方法が極めて有効であることを示
している。FIG. 3 shows an example of the experimental results when the combined heat source is used for the purpose of increasing the laser penetration. FIG. 3 (a) shows the penetration shape 18a under the TIG arc condition set at the position of the laser irradiation axis (2) 6 shown in FIG. 1 (c). FIG. 3B shows the laser irradiation axis as shown in FIG.
State (a) [laser irradiation axis (2) shown in FIG. 1 (c)]
6] shows the penetration shape 18b when it is not changed from 6]. 3C shows the penetration shape 18c under the TIG arc condition set at the position of the laser irradiation axis (4) 8 shown in FIG. 2C. As shown in FIG.
The penetration depth shown in Fig. 3 is about 5.5 cm, and Fig. 3 (b) is about 6.
2 cm, FIG. 3 (c) is about 7.2 cm, and the laser irradiation axis is unchanged from the state of FIG. 3 (a) [laser irradiation axis (2) 6 shown in FIG. 1 (c)]. ) Was about 6.2 cm, but in the case of FIG. 3 (c) set at the position of the laser irradiation axis (4) 8 shown in FIG. 2 (c), the penetration depth was about 7. 2 cm, the penetration depth is increased by about 16% compared to the case of FIG. 3B, which shows that the laser beam irradiation position setting method of the present invention is extremely effective.
【００２６】次に、本発明のレーザビーム照射位置設定
方法を応用したレーザビームと他の熱源とを併用する溶
接加工制御手段、溶接加工状態監視システムおよびレー
ザ照射位置制御機構を組み込んだレーザビーム照射位置
設定制御装置の構成を図４に示す。図４において、１は
母材、９はレーザトーチ、１０はレーザ発振器、１１は
ＴＩＧトーチ、１２はＴＩＧ電源、１３は溶接制御装
置、１４はレーザトーチの左右移動ユニット、１５はレ
ーザトーチの上下移動ユニット、１６は放射温度計、１
７はビデオカメラを示す。なお、溶接制御装置１３に
は、加工状態監視システム、溶加材の送給位置または送
給方向の制御システム、最適なレーザビーム照射位置の
維持、制御システム、材料加工後の歪み、残留応力の評
価システム等が含まれる構造としている。Next, laser beam irradiation incorporating a welding process control means, a welding process state monitoring system and a laser irradiation position control mechanism, which uses a laser beam and another heat source in combination with the laser beam irradiation position setting method of the present invention. The structure of the position setting control device is shown in FIG. In FIG. 4, 1 is a base material, 9 is a laser torch, 10 is a laser oscillator, 11 is a TIG torch, 12 is a TIG power supply, 13 is a welding control device, 14 is a horizontal movement unit of the laser torch, 15 is a vertical movement unit of the laser torch, 16 is a radiation thermometer, 1
Reference numeral 7 indicates a video camera. The welding control device 13 includes a processing state monitoring system, a control system for a feed position or a feed direction of the filler material, maintenance of an optimum laser beam irradiation position, a control system, strain after material processing, and residual stress. It has a structure that includes an evaluation system.
【００２７】加工時にはＴＩＧトーチを基準として、熱
伝導方程式による計算結果からレーザトーチを所定の位
置に設定し、加工を開始する。加工時はＴＩＧトーチ前
方から放射温度計でＴＩＧアーク前方部の温度を計測す
ると共に、ビデオカメラでアーク状態およびＴＩＧトー
チとレーザトーチの位置関係を認識しておく。アーク長
の変動あるいはその他の要因でアーク前方部の温度が変
動した場合は、熱伝導方程式による計算結果データベー
スより最適なレーザトーチ位置を割り出し、上下移動ユ
ニットおよび左右移動ユニットによりレーザトーチを移
動させる。移動後の位置はビデオカメラにより確認を行
う。この装置により、随時変動する加工状況に応じた適
切なレーザ照射位置が制御できると共に、モニタリング
結果から加工結果の推定も可能となる。At the time of processing, the TIG torch is used as a reference, and the laser torch is set at a predetermined position based on the calculation result by the heat conduction equation, and the processing is started. During processing, the temperature of the front part of the TIG arc is measured with a radiation thermometer from the front of the TIG torch, and the arc state and the positional relationship between the TIG torch and the laser torch are recognized with a video camera. When the temperature in the front part of the arc fluctuates due to fluctuations in the arc length or other factors, the optimum laser torch position is calculated from the calculation result database by the heat conduction equation, and the laser torch is moved by the vertical moving unit and the horizontal moving unit. Check the position after moving with a video camera. With this device, it is possible to control an appropriate laser irradiation position according to a machining situation that changes from time to time, and it is also possible to estimate the machining result from the monitoring result.
【００２８】上記実施の形態において、レーザビームと
併用する熱源がＴＩＧ電源（タングステンイナートガス
アーク溶接用電源）を例に挙げて説明したが、その他の
オープンアーク放電、プラズマジェットあるいは各種の
レーザビームを用いることができる。また、使用するレ
ーザビームの種類について、例えば、炭酸ガスレーザ、
ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レ
ーザ、ヨウ素レーザ、半導体レーザまたはエキシマレー
ザ等を用いることが可能であり、特にレーザの種類を特
定するものではない。In the above embodiment, the heat source used in combination with the laser beam has been described by taking the TIG power source (tungsten inert gas arc welding power source) as an example, but other open arc discharge, plasma jet or various laser beams are used. be able to. Regarding the type of laser beam used, for example, carbon dioxide gas laser,
A YAG (yttrium-aluminum-garnet) laser, an iodine laser, a semiconductor laser, an excimer laser, or the like can be used, and the kind of laser is not particularly specified.
【００２９】また、レーザビームおよび他の熱源を併用
した加工は、材料の切断、穴開け、マーキング、スクラ
イビング、溶接、溶射、熱処理、薄層除去または表面改
質等を含むものである。また、レーザビームと共に併用
する熱源の種類は加工目的によって１種類もしくは２種
類以上複数使用することが可能である。Processing using a laser beam and other heat sources includes cutting, drilling, marking, scribing, welding, thermal spraying, heat treatment, thin layer removal or surface modification of materials. Further, the heat source used in combination with the laser beam may be one kind or a plurality of kinds according to the processing purpose.
【００３０】[0030]
【発明の効果】レーザビームおよび他の熱源を併用して
材料を加工する際において、本発明による方法を用いて
最適なレーザビーム照射位置を設定することが可能とな
ることで、従来必要であった、条件出しのための実験回
数を大幅に削減することが可能となる。また、本発明に
よる方法を用いたレーザビームと共に併用する熱源の熱
影響範囲の計算結果とレーザビームおよびレーザビーム
と共に併用する熱源単独時の実験結果を用いることで、
レーザビームおよび他の熱源を併用した加工の加工状態
監視システムの構成、適切な溶加材送給位置および送給
方向の設定、最適なレーザビーム照射位置を維持するた
めの装置制御機構の構成、さらには材料加工後の歪み、
あるいは残留応力の状態を推定するシステムの構成が可
能となる。When a material is processed by using a laser beam and another heat source in combination, it is possible to set the optimum laser beam irradiation position by using the method according to the present invention, which is conventionally required. In addition, it is possible to significantly reduce the number of experiments for condition setting. Further, by using the calculation result of the heat-affected range of the heat source used together with the laser beam using the method according to the present invention and the experimental result when the heat source alone is used together with the laser beam and the laser beam,
Configuration of processing state monitoring system for processing that uses a laser beam and other heat sources together, setting of appropriate filler material feeding position and feeding direction, configuration of device control mechanism for maintaining optimal laser beam irradiation position, Furthermore, distortion after material processing,
Alternatively, it is possible to configure a system that estimates the state of residual stress.
【図１】本発明の実施の形態で例示した３次元熱伝導方
程式を用いたＴＩＧアークの被溶接物への熱伝導状況の
計算結果を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a calculation result of a heat conduction state of a TIG arc to a workpiece by using a three-dimensional heat conduction equation exemplified in the embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態で例示した３次元熱伝導方
程式を用いたＴＩＧアークの被溶接物への熱伝導状況の
計算結果を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a calculation result of a heat conduction state of a TIG arc to a workpiece by using the three-dimensional heat conduction equation exemplified in the embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の形態で例示したレーザビームと
ＴＩＧアークを併用した溶接部の溶け込み形状を示す断
面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a welded shape of a welded portion using a laser beam and a TIG arc, which are exemplified in the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態で例示したレーザビーム照
射位置設定制御装置の一例を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a laser beam irradiation position setting control device exemplified in the embodiment of the present invention.
１…母材 ２…ＴＩＧ熱源 ３…３００℃等温線 ４…１５３５℃等温線 ５…レーザ照射軸（１） ６…レーザ照射軸（２） ７…レーザ照射軸（３） ８…レーザ照射軸（４） ９…レーザトーチ １０…レーザ発振器 １１…ＴＩＧトーチ １２…ＴＩＧ電源 １３…溶接制御装置 １４…左右移動ユニット １５…上下移動ユニット １６…放射温度計 １７…ビデオカメラ １８ａ…溶け込み形状 １８ｂ…溶け込み形状 １８ｃ…溶け込み形状 1 ... Base material 2 ... TIG heat source 3 ... 300 ° C isotherm 4… 1535 ° C isotherm 5 ... Laser irradiation axis (1) 6 ... Laser irradiation axis (2) 7 ... Laser irradiation axis (3) 8 ... Laser irradiation axis (4) 9 ... Laser torch 10 ... Laser oscillator 11 ... TIG torch 12 ... TIG power supply 13 ... Welding control device 14 ... Left and right moving unit 15 ... Vertical movement unit 16 ... Radiation thermometer 17 ... Video camera 18a ... Penetration shape 18b ... Penetration shape 18c ... Penetration shape
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 26/04 Ｂ２３Ｋ 26/04 Ａ Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) B23K 26/04 B23K 26/04 A H01S 3/00 H01S 3/00 B
Claims (10)
溶接または加工において、上記溶接または加工位置にお
けるレーザビーム照射位置の設定を、レーザビームと共
に併用する熱源に対して熱伝導方程式に基づく熱伝導モ
デルを適用して、レーザビームと併用する他の熱源単独
時の熱影響範囲を把握し、溶接または加工の目的に応じ
て最も効率の良い位置にレーザビームを照射することを
特徴とするレーザビーム照射位置設定方法。1. In welding or processing performed by using a laser beam and another heat source together, the setting of the laser beam irradiation position at the welding or processing position is based on the heat conduction equation for the heat source used together with the laser beam. It is characterized by applying a heat conduction model to grasp the heat affected area when another heat source used alone with the laser beam is irradiated, and irradiating the laser beam to the most efficient position according to the purpose of welding or processing. Laser beam irradiation position setting method.
る熱源が、ＴＩＧ（イナートガスタングステンアーク溶
接）、オープンアーク放電、プラズマジェットまたはレ
ーザビームであることを特徴とするレーザビーム照射位
置設定方法。2. The laser beam irradiation position setting method according to claim 1, wherein the heat source used together with the laser beam is TIG (Inert Gas Tungsten Arc Welding), open arc discharge, plasma jet or laser beam.
るレーザビームの種類が炭酸ガスレーザ、ＹＡＧ（イッ
トリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、ヨウ素
レーザ、半導体レーザまたはエキシマレーザを用いるこ
とを特徴とするレーザビーム照射位置設定方法。3. The laser according to claim 1 or 2, wherein the type of laser beam used is a carbon dioxide gas laser, a YAG (yttrium aluminum garnet) laser, an iodine laser, a semiconductor laser or an excimer laser. Beam irradiation position setting method.
おいて、レーザビームおよび他の熱源を併用した加工
が、材料の切断、穴開け、マーキング、スクライビン
グ、溶接、溶射、熱処理、薄層除去または表面改質であ
ることを特徴とするレーザビーム照射位置設定方法。4. The processing according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser beam and another heat source are used in combination, cutting, punching, marking, scribing, welding, thermal spraying, heat treatment, thin layer of material. A method for setting a laser beam irradiation position, characterized by being removal or surface modification.
おいて、レーザビームと共に併用する熱源の種類が１種
類もしくは２種類以上使用することを特徴とするレーザ
ビーム照射位置設定方法。5. A laser beam irradiation position setting method according to claim 1, wherein one or more kinds of heat sources are used together with the laser beam.
おいて、レーザビームと共に併用する熱源単独時の熱影
響範囲を把握する熱伝導方程式が、二次元または三次元
熱伝導方程式を用いることを特徴とするレーザビーム照
射位置設定方法。6. The heat conduction equation according to any one of claims 1 to 5, wherein a heat conduction equation for grasping a heat affected area when a heat source is used together with a laser beam is a two-dimensional or three-dimensional heat conduction equation. And a method for setting a laser beam irradiation position.
おいて、レーザビームと共に併用する熱源に対する熱伝
導方程式に基づく熱伝導状況の計算結果、またはレーザ
ビームと共に併用する熱源単独時の基礎実験による熱伝
導状況のデータから、レーザビームと共に併用する熱源
単独時の熱影響範囲を把握することにより、レーザビー
ムおよび他の熱源を併用する加工における加工状態監視
システムを構成することを特徴とするレーザビーム照射
位置設定方法。7. The calculation result of the heat conduction state based on the heat conduction equation for a heat source used in combination with a laser beam according to claim 1, or a basic experiment when the heat source used in combination with a laser beam is independent. A laser is characterized by configuring a processing state monitoring system in processing in which a laser beam and other heat sources are used in combination by grasping the heat affected range of a heat source used alone with the laser beam from the heat conduction data Beam irradiation position setting method.
おいて、加工目的が溶接および溶射の溶加材を用いるも
のである場合、レーザビームと共に併用する熱源に対す
る熱伝導方程式に基づく熱伝導状況の計算結果、または
レーザビームと共に併用する熱源単独時の基礎実験によ
る熱伝導状況のデータから、レーザビームと共に併用す
る熱源単独時の熱影響範囲を把握することにより適切な
溶加材の送給位置または溶加材の送給方向を設定するこ
とを特徴とするレーザビーム照射位置設定方法。8. The heat conduction based on the heat conduction equation for a heat source used in combination with a laser beam when the processing purpose is to use a filler material for welding and thermal spraying according to any one of claims 1 to 7. Appropriate filler material feeding by grasping the heat-affected range of the heat source used alone with the laser beam from the calculation results of the situation or the heat conduction data from the basic experiment when the heat source used alone with the laser beam A laser beam irradiation position setting method characterized by setting a position or a feeding direction of a filler material.
おいて、上記レーザビームおよび他の熱源を併用する加
工における加工状態監視システムを用いることにより、
最適なレーザビーム照射位置を維持する制御機構を構成
することを特徴とするレーザビーム照射位置設定方法。9. The processing state monitoring system in processing according to claim 1, wherein the laser beam and another heat source are used together.
A method for setting a laser beam irradiation position, characterized by comprising a control mechanism for maintaining an optimum laser beam irradiation position.
において、レーザビームと共に併用する熱源に対する熱
伝導方程式に基づく熱伝導状況の計算結果、またはレー
ザビームと共に併用する熱源単独時の基礎実験による熱
伝導状況のデータから、レーザビームと共に併用する熱
源単独時の熱影響範囲を把握することにより、材料加工
後の歪みまたは残留応力の状態を推定するシステムを構
成することを特徴とするレーザビーム照射位置設定方
法。10. A calculation result of a heat conduction state based on a heat conduction equation for a heat source used in combination with a laser beam according to claim 1, or a basic experiment when a heat source used in combination with a laser beam is independent. The laser beam is characterized by constructing a system that estimates the state of strain or residual stress after material processing by grasping the heat affected range when the heat source alone is used together with the laser beam from the data of the heat conduction state by Irradiation position setting method.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006093264A1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Laser heating device and laser heating method |
| WO2012120989A1 (en) * | 2011-03-09 | 2012-09-13 | 三菱重工業株式会社 | Method for forming sheet material, sheet material forming apparatus, method for determining forming conditions for sheet material forming apparatus, and device for determining forming conditions for sheet material forming apparatus |
| JP2017054793A (en) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method and manufacturing apparatus for electrode with separator layer |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001299945A patent/JP2003103382A/en active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006093264A1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Laser heating device and laser heating method |
| CN101107501B (en) * | 2005-03-04 | 2011-07-27 | 松下电器产业株式会社 | Laser heating device and laser heating method |
| JP5042013B2 (en) * | 2005-03-04 | 2012-10-03 | パナソニック株式会社 | Laser heating device |
| WO2012120989A1 (en) * | 2011-03-09 | 2012-09-13 | 三菱重工業株式会社 | Method for forming sheet material, sheet material forming apparatus, method for determining forming conditions for sheet material forming apparatus, and device for determining forming conditions for sheet material forming apparatus |
| JP2012187600A (en) * | 2011-03-09 | 2012-10-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for forming sheet material, sheet material-forming apparatus, method for determining forming condition for sheet material-forming apparatus, and device for determining forming condition for sheet material-forming apparatus |
| JP2017054793A (en) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method and manufacturing apparatus for electrode with separator layer |
| US10646958B2 (en) | 2015-09-11 | 2020-05-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Manufacturing method for an electrode with a separator layer and manufacturing apparatus for an electrode with a separator layer |
| US11673209B2 (en) | 2015-09-11 | 2023-06-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Manufacturing method for an electrode with a separator layer and manufacturing apparatus for an electrode with a separator layer |
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