JP3512388B2 - レーザ加工モニタリング装置 - Google Patents
レーザ加工モニタリング装置Info
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- 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
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Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ング装置のブロック図である。
【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。
である。
【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。
工部の合成画像の例を示す図面である。
【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。
法を説明する図面である。
【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。
する方法の１例を説明する図面である。
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
─────────────────────────────────────────────────────
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
Claims (8)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001038574A JP3512388B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | レーザ加工モニタリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001038574A JP3512388B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | レーザ加工モニタリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002239767A JP2002239767A (ja) | 2002-08-28 |
| JP3512388B2 true JP3512388B2 (ja) | 2004-03-29 |
Family
ID=18901520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001038574A Expired - Fee Related JP3512388B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | レーザ加工モニタリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3512388B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6995334B1 (en) * | 2003-08-25 | 2006-02-07 | Southern Methodist University | System and method for controlling the size of the molten pool in laser-based additive manufacturing |
| RU2529135C2 (ru) * | 2008-11-21 | 2014-09-27 | Прецитек Кг | Способ и устройство для контроля проводимого на обрабатываемой детали процесса лазерной обработки, а также лазерная обрабатывающая головка с подобным устройством |
| DE102014005562A1 (de) * | 2014-04-15 | 2015-10-15 | H & T Marsberg Gmbh & Co. Kg | Schneiden zylindrischer Hohlkörper |
| CA3123741A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Etxe-Tar, S.A. | Method of processing an object with a light beam, and processing system |
| JP7305273B2 (ja) * | 2019-09-19 | 2023-07-10 | 株式会社ディスコ | レーザー加工方法及びレーザー加工装置 |
| JPWO2021060064A1 (ja) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | ||
| KR102263394B1 (ko) * | 2020-09-01 | 2021-06-10 | 주식회사 에이치비테크놀러지 | 미세잉크 토출용 노즐 모니터링 장치 |
| CN114453731A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-10 | 北京工业大学 | 一种直接观察激光焊接中光斑作用区动态行为的方法 |
-
2001
- 2001-02-15 JP JP2001038574A patent/JP3512388B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2002239767A (ja) | 2002-08-28 |
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