JPH10263860A - Laser transmission system diagnostic equipment - Google Patents

Laser transmission system diagnostic equipment

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JPH10263860A
JPH10263860A JP9066394A JP6639497A JPH10263860A JP H10263860 A JPH10263860 A JP H10263860A JP 9066394 A JP9066394 A JP 9066394A JP 6639497 A JP6639497 A JP 6639497A JP H10263860 A JPH10263860 A JP H10263860A
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JP
Japan
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laser
welding
transmission system
scattering plate
image processing
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Withdrawn
Application number
JP9066394A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Tanaka
中 宏 幸 田
Noboru Hasegawa
谷 川 昇 長
Motoi Kido
戸 基 城
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザースポットの挙動を直接監視すること
によりレーザー伝送系の異常を診断し、即座に異常を操
作者あるいは操作装置に知らせることにより溶接失敗を
事前に回避しレーザー溶接の効率を向上する。 【解決手段】 大出力のレーザーを用いて溶接を行うレ
ーザー溶接装置において、その伝送系の診断のために設
置されるレーザー伝送系診断装置であって、溶接に供さ
れるレーザーと同じ伝送経路を通って溶接点まだ伝送さ
れる低出力レーザーと、レーザー溶接装置における溶接
点に対応する位置に配置した半透明の光散乱板と、該光
散乱板表面に焦点位置をもつレンズを通して該光散乱板
上を撮像する2次元撮像装置と、該撮像装置から得られ
る画像の特徴から前記大出力レーザーの伝送系の正常,
非正常を判別する画像処理装置とからなるレーザー伝送
系診断装置。
(57) [Summary] [Problem] Laser welding is performed by directly monitoring the behavior of a laser spot to diagnose an abnormality in a laser transmission system, and immediately informing an operator or an operating device of the abnormality to avoid welding failure in advance. Improve efficiency. SOLUTION: In a laser welding apparatus for performing welding using a high-power laser, a laser transmission system diagnostic apparatus installed for diagnosis of a transmission system, the same transmission path as a laser used for welding is provided. A low-power laser still transmitted through the welding point, a translucent light scattering plate arranged at a position corresponding to the welding point in the laser welding apparatus, and the light scattering plate through a lens having a focal position on the surface of the light scattering plate. The two-dimensional imaging device for imaging the upper part, and the characteristics of the image obtained from the imaging device determine whether the transmission system of the high-power laser is normal or not.
A laser transmission system diagnostic device comprising an image processing device for determining abnormalities.

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、レーザー溶接装置
のレーザー伝送系の異常を早期に発見することにより、
レーザー溶接の確実性を向上する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for detecting an abnormality in a laser transmission system of a laser welding apparatus at an early stage.
The present invention relates to a technique for improving the reliability of laser welding.

【0002】[0002]

【従来の技術】大出力の炭酸ガスレーザーあるいはYA
Gレーザーを用いて被加工物を溶接する技術は公知であ
る。また溶接を実行する際にはビームを溶接方向と垂直
な方向に揺動(ウィービング)させながら溶接すること
により被溶接部における溶融体積が大きくなり、溶接が
安定的に行えることも公知の技術である。このような溶
接を実行する装置としては例えば特開平5−31816
1号公報に示されるように、最後段のレンズをガルバノ
メーターによって揺動させることによりレーザースポッ
トを溶接方向(溶接線が延びる方向)と垂直な方向にス
キャンさせる技術が既に示されている。しかしその伝送
系の状態を把握し、早期に異常を発見する装置は未だ提
示されていない。
2. Description of the Related Art High power carbon dioxide laser or YA
Techniques for welding a workpiece using a G laser are known. Also, when performing welding, it is known that welding can be performed stably by welding while oscillating (weaving) the beam in a direction perpendicular to the welding direction, thereby increasing the molten volume in the welded portion. is there. An apparatus for performing such welding is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-31816.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1 (Kokai) No. 1, a technique has been disclosed in which a laser spot is scanned in a direction perpendicular to a welding direction (a direction in which a welding line extends) by swinging a last lens by a galvanometer. However, a device for grasping the state of the transmission system and detecting an abnormality at an early stage has not been proposed yet.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】一般にレーザー溶接装
置においては、レーザー発振器から溶接を実施するトー
チ部分までには、鏡あるいはレンズを用いたレーザー伝
送路が存在するが、伝送路はレーザー光線の散乱を防ぎ
安全を確保するためや、伝送路内に埃が進入することに
よる伝送ロスの増大や鏡,レンズへの汚れの付着の防止
等の理由により、外部からは遮蔽された空間となってお
り、その内部状態、特にレンズ,鏡の状態、は監視でき
ない。また特開平5−318161号公報に示されるよ
うなウィービング機構を持っている場合には、ガルバノ
メーターあるいは駆動用モータの故障については、直接
ガルバノメータの出力をモニタする等の方法により一次
的な異常診断は可能であるが、例えば揺動用ミラーとガ
ルバノメ−ターの接続部の破損等の異常についてはこの
ような方法では検出不可能である。
Generally, in a laser welding apparatus, there is a laser transmission line using a mirror or a lens from a laser oscillator to a torch portion for performing welding. It is a space that is shielded from the outside for reasons such as preventing transmission and ensuring safety, increasing the transmission loss due to dust entering the transmission path, and preventing dirt from attaching to mirrors and lenses. Its internal state, especially the state of the lens and mirror, cannot be monitored. In the case where a weaving mechanism as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-318161 is provided, when a galvanometer or a driving motor fails, a primary abnormality diagnosis is performed by directly monitoring the output of the galvanometer. Is possible, but it is not possible to detect abnormalities such as breakage of the connecting portion between the oscillating mirror and the galvanometer by such a method.

【0004】すなわち、本発明における課題は最終的な
レーザースポットの挙動を直接監視することによりレー
ザー伝送系の異常を常時診断し、即座に異常を操作者あ
るいは操作装置に知らせることにより溶接失敗を事前に
回避しレーザー溶接の効率を向上することである。
[0004] That is, an object of the present invention is to always monitor the behavior of the final laser spot to constantly diagnose an abnormality in the laser transmission system, and to immediately notify the operator or the operating device of the abnormality, thereby preliminarily detecting a welding failure. To improve the efficiency of laser welding.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、大出力のレー
ザーを用いて溶接を行うレーザー溶接装置のレーザー伝
送系を診断するためのレーザー伝送系診断装置であっ
て、溶接に供されるレーザーと同じ伝送経路を通って出
射される低出力レーザーと、レーザー溶接装置における
溶接点に対応する位置に配置した半透明の光散乱板と、
該光散乱板表面に焦点位置をもつレンズを通して該光散
乱板上を撮像する2次元撮像装置と、該撮像装置から得
られる画像の特徴から前記の伝送系の正常,非正常を判
別する画像処理装置とからなるレーザー伝送系診断装
置、によって上記の課題を解決する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a laser transmission system diagnostic apparatus for diagnosing a laser transmission system of a laser welding apparatus for performing welding by using a high-power laser, the laser being used for welding. And a low-power laser emitted through the same transmission path, and a translucent light scattering plate arranged at a position corresponding to a welding point in the laser welding apparatus,
A two-dimensional imaging device for imaging the light scattering plate through a lens having a focal position on the light scattering plate surface, and image processing for determining whether the transmission system is normal or abnormal based on characteristics of an image obtained from the imaging device The above problem is solved by a laser transmission system diagnostic device including a device.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】該診断装置は、前記2次元撮像装
置が、一定時間の間露光継続し、該露光継続時間の強光
結果を1フレーム画像として出力する装置であって、特
にレーザー溶接装置がウィービングを行いながら溶接を
行う装置である場合、前記2次元撮像装置が、ウィービ
ング1周期以上の時間にわたり露光を継続し、該露光継
続期間の画像を1フレーム画面として出力する装置であ
って、前記画像処理装置は該1フレーム画像を画像処理
単位とし、該1フレームの画面に対し、輝度レベルに対
する2値化処理を行うことによってレーザーが1フレー
ム露光時間に通過した軌跡を切り出し、切り出された軌
跡の縦,横方向各々の長さあるいはその一方の長さを検
出し、もしくは必要に応じて切り出された軌跡の縦,横
方向の中心位置を検出し、その結果が指令値に対して許
容誤差以内であることを基準として異常の診断を行うレ
ーザー伝送系診断装置である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The diagnostic apparatus is an apparatus in which the two-dimensional imaging apparatus continues exposure for a predetermined time and outputs a high-light result of the exposure duration as one frame image. When the apparatus is an apparatus that performs welding while performing weaving, the two-dimensional imaging apparatus is an apparatus that continues exposure for one or more cycles of weaving and outputs an image of the exposure continuation period as one frame screen. The image processing apparatus uses the one-frame image as an image processing unit, and performs binarization processing on a luminance level on the screen of the one frame to cut out a trajectory through which the laser has passed for one frame exposure time, and cut out the trajectory. Detect the length of the trajectory in the vertical and horizontal directions or the length of one of them, or determine the center position in the vertical and horizontal directions of the extracted trajectory as necessary. Out, a laser transmission system diagnosis means performing a diagnosis of abnormality on the basis that the result is within the allowable error with respect to the command value.

【0007】さらに、前記診断装置のうち、前記の半透
明の光散乱板と、該光散乱板開面に焦点位置をもつレン
ズを通して該光散乱板上を撮像する2次元撮像装置とを
溶接を行う位置の傍らにあるオフライン位置に設置し、
溶接を実施しない待ち時間の間に該光散乱板上にトーチ
を移動させ、その移動中あるいは移動停止後に前記の低
出力レーザーを該光散乱板上に照射することにより診断
を行う。
Further, of the diagnostic device, the semi-transparent light scattering plate and a two-dimensional imaging device for imaging the light scattering plate through a lens having a focal position on an open surface of the light scattering plate are welded. Place it off-line next to where you want to go,
The diagnosis is performed by moving the torch onto the light scattering plate during the waiting time during which welding is not performed, and irradiating the low power laser onto the light scattering plate during or after the movement is stopped.

【0008】本発明によれば、伝送系の途中のいかなる
異常についてもレーザースポットの位置,スポット径等
にその異常が反映され、またウィービング装置の異常は
特にレーザースポットの振幅に反映されるのに対し、実
際にすべての伝送系を通って最終的に溶接位置と同じ位
置に結像されるレーザースポットを撮像し、直接計測す
るため、これらすべての異常の診断が可能となる。
According to the present invention, any abnormality in the transmission system is reflected in the position, spot diameter, etc. of the laser spot, and the abnormality in the weaving device is reflected in the amplitude of the laser spot. On the other hand, since a laser spot that is finally formed at the same position as the welding position through all the transmission systems is imaged and measured directly, all these abnormalities can be diagnosed.

【0009】すなわち、最終的なレーザースポットの状
態、挙動を直接監視することによりレーザー伝送系の異
常を常時診断し、即座に異常を操作者あるいは操作装置
に知らせることにより溶接失敗を事前に回避することが
でき、レーザー溶接の効率を向上することができる。
That is, the state and behavior of the final laser spot are directly monitored to constantly diagnose an abnormality in the laser transmission system, and immediately notify the operator or operating device of the abnormality to avoid welding failure in advance. And the efficiency of laser welding can be improved.

【0010】[0010]

【実施例】図1は本発明の一実施例の全体構成を示す。
1は、大出力の炭酸ガスレーザー発振器であり、2は、
20mW程度の低出力のHe−Neレーザー発振器であ
る。3は、遮光用のシャッター、4は平面鏡である。溶
接時には、シャッター3を開放とし、平面鏡4は炭酸ガ
スレーザー側の光を開とし、光路5にて炭酸ガスレーザ
ーを出力する。また非溶接実行時にはシャッター3は閉
とし、平面鏡4はHe−Neレーザー側を開(この状態
を閉と呼ぶ)として光路6にてHe−Neレーザーを出
力する(図はこの状態を示す)。いずれのレーザー光も
平面鏡7を通り凹面鏡8にて集光された後、平面鏡9に
て最終的に焦点10の位置に集光される。ここで平面鏡
9は、駆動装置11によって回転軸12を中心に揺動す
ることにより、レーザースポットを紙面と垂直な方向
(溶接線と直交する方向;ウィービング方向)にスキャ
ンする。13で示される部分を溶接トーチと呼ぶ。
FIG. 1 shows an entire configuration of an embodiment of the present invention.
1 is a high output carbon dioxide laser oscillator, 2 is
It is a low output He-Ne laser oscillator of about 20 mW. Reference numeral 3 denotes a shutter for shielding light, and reference numeral 4 denotes a plane mirror. At the time of welding, the shutter 3 is opened, the plane mirror 4 opens the light on the carbon dioxide laser side, and outputs the carbon dioxide laser on the optical path 5. When non-welding is performed, the shutter 3 is closed, the plane mirror 4 opens the He-Ne laser side (this state is called closed), and outputs the He-Ne laser through the optical path 6 (the figure shows this state). Each laser beam passes through the plane mirror 7 and is condensed by the concave mirror 8, and then finally condensed by the plane mirror 9 at the position of the focal point 10. Here, the plane mirror 9 scans the laser spot in a direction perpendicular to the paper surface (a direction orthogonal to the welding line; weaving direction) by swinging about the rotation axis 12 by the driving device 11. The part indicated by 13 is called a welding torch.

【0011】これらレーザー伝送器は、架台14上に設
置されており、架台14は基礎フレーム15上に設置さ
れ矢印16の方向(溶接線が延びる方向)に移動可能で
ある。17は被溶接材であり、18は回転ロールであ
る。回転ロール18が回転することにより、被溶接材1
7は紙面と垂直な方向に移動し次工程に搬送されてい
く。レーザーの焦点10は、被溶接材17の表面位置
(表面レベル;表面の高さ)に合わされており、炭酸ガ
スレーザーを照射しながら、架台14が矢印16の方向
(溶接方向)に移動することにより、被溶接材の溶接が
実行される。非溶接時には、架台14はオフライン位置
すなわち、焦点10相当のレ−ザ−指向点が一点鎖線L
より右側に移動する。19はスリガラス、20は減光フ
ィルタ、21はCCDカメラである。スリガラス19に
代えて、白濁したプラスチック等の樹脂板等も適用可能
である。
These laser transmitters are installed on a gantry 14, and the gantry 14 is installed on a base frame 15 and is movable in the direction of arrow 16 (the direction in which the welding line extends). Reference numeral 17 denotes a material to be welded, and reference numeral 18 denotes a rotating roll. When the rotating roll 18 rotates, the material 1 to be welded is rotated.
Reference numeral 7 moves in a direction perpendicular to the paper surface and is conveyed to the next step. The focal point 10 of the laser is adjusted to the surface position (surface level; surface height) of the material 17 to be welded, and the gantry 14 moves in the direction of the arrow 16 (welding direction) while irradiating the carbon dioxide laser. Thereby, welding of the material to be welded is performed. At the time of non-welding, the gantry 14 is in the off-line position, that is, the laser directing point corresponding to the focal point 10 is indicated by a dashed line L.
Move more to the right. 19 is a ground glass, 20 is a neutral density filter, and 21 is a CCD camera. Instead of the ground glass 19, a resin plate made of cloudy plastic or the like can be used.

【0012】CCDカメラ21は、長方形の視野を持
ち、溶接方向(溶接線が延びる方向(16)とウィービ
ング方向(紙面に垂直な方向)をその2辺の方向とし
た。22はレンズであり、スリガラス19の上面に焦点
が合っている。またスリガラス19の上面は、焦点10
と同じ高さである。すなわち低出力のHe−Neレーザ
ーは、スリガラス19の上面で焦点を結ぶこととなる。
23は画像処理装置であり、CCDカメラ21からの画
像を処理してレ−ザ−伝送路の異常を判定する。24は
アラーム装置であり、画像処理装置23にて異常と判定
した場合にアラームを発生する。
The CCD camera 21 has a rectangular visual field, and has a welding direction (a direction (16) in which the welding line extends) and a weaving direction (a direction perpendicular to the paper surface) on two sides thereof. The upper surface of the ground glass 19 is in focus, and the upper surface of the ground glass 19 is in focus 10.
Is the same height as In other words, the low-power He-Ne laser is focused on the upper surface of the ground glass 19.
Reference numeral 23 denotes an image processing device which processes an image from the CCD camera 21 to determine whether a laser transmission path is abnormal. An alarm device 24 generates an alarm when the image processing device 23 determines that an abnormality has occurred.

【0013】図2に、焦点10のウィービング動作(3
0)と撮像装置のCCDカメラ21の画面更新のタイミ
ング(31)の関係を示す。横軸に時間をとり縦軸にレ
ーザースポット(10)の、溶接線からの変位量を示
す。曲線30はウィービングの動作の様子を示す。本実
施例ではSIN(正弦波)カーブを描くようウィービン
グを行っているが、短形でも構わない。直線31にてC
CDカメラ21の1フレームの画像採取タイミングを同
図に重ねて示す。HIGHの期間で露光を行っており、
CCDカメラ21は、この期間に受けた光量の積分値に
比例した電流を出力する。LOWの部分がフレームの更
新タイミングである。この図からもわかるように本実施
例では、1フレームの更新はウィービング1周期よりも
Δtだけ長い時間となっている。
FIG. 2 shows the weaving operation of the focal point 10 (3
0) and the timing (31) for updating the screen of the CCD camera 21 of the imaging device. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the displacement of the laser spot (10) from the welding line. A curve 30 shows the weaving operation. In this embodiment, weaving is performed so as to draw a SIN (sine wave) curve, but a short form may be used. C on straight line 31
The timing of capturing an image of one frame of the CD camera 21 is shown in FIG. Exposure is performed during HIGH period,
The CCD camera 21 outputs a current proportional to the integral value of the amount of light received during this period. The LOW part is the frame update timing. As can be seen from this figure, in this embodiment, one frame is updated by Δt longer than one weaving cycle.

【0014】図3の(a)に、1フレ−ムの画像を示
す。図中に溶接方向(X方向;溶接線が延びる方向1
6)とウィービング方向(Y方向)を示す。本画像はウ
ィービング動作を行いながら、溶接トーチ13を溶接方
向に一定速度で移動させながら、スリガラス19上のH
e−Neレーザーの反射光(走査光像)を撮影したもの
であり、レーザーの軌跡は曲線40に示すようにSIN
波形として計測される。
FIG. 3A shows an image of one frame. In the drawing, the welding direction (X direction; direction 1 in which the welding line extends)
6) and the weaving direction (Y direction). This image shows the H on the ground glass 19 while moving the welding torch 13 in the welding direction at a constant speed while performing the weaving operation.
The reflected light (scanning light image) of the e-Ne laser is taken, and the trajectory of the laser is SIN as shown by a curve 40.
Measured as a waveform.

【0015】図に、図3の(a)に示す1フレ−ムの画
像に対して画像処理装置23が実施する「中心点(X
c,Yc)の検出」50の内容を示す。画像処理装置2
3は、CCDカメラ21のビデオ信号(輝度レベル)を
一定の輝度レベルをしきい値として2値化して、しきい
値以上の輝度レベルの画素にビットデ−タ「1」を、し
きい値未満の輝度レベルの画素にビットデ−タ「0」を
与える(ステップ51)。これにより、レ−ザ−走査の
軌跡にある画素(軌跡画素)の情報が「1」で、他の画
素の情報は「0」の2値画素デ−タが得られる。
FIG. 3 (a) shows an image of one frame shown in FIG.
c, Yc) detection ”50. Image processing device 2
3, a video signal (brightness level) of the CCD camera 21 is binarized using a constant brightness level as a threshold, and bit data "1" is assigned to a pixel having a brightness level equal to or higher than the threshold, and the bit data is set to less than the threshold The bit data "0" is given to the pixel having the luminance level (step 51). As a result, binary pixel data is obtained in which information of a pixel (trajectory pixel) on the laser scanning locus is "1" and information of other pixels is "0".

【0016】続いてX方向投影を行なう。すなわち、同
一Y位置に存在する軌跡画素の数を計数し、計数値をY
位置対応でメモリに書込む(ステップ52y)。これに
より、図3の(b)に示す計数値の分布(縦軸が計数
値、横軸がY位置)が得られる。この計数値の分布を、
しきい値THを用いて2値化し、しきい値TH以上の計
数値のY位置にビットデ−タ「1」を与え、しきい値T
H未満のY位置にビットデ−タ「0」を与える(ステッ
プ53y)。これにより、図3の(d)に示す2値レベ
ル分布(縦軸は2値レベルを、横軸はY位置を表わす)
が得られる。次に2値レベル分布の立上り点および立下
り点のY位置Y1およびY2を摘出して(ステップ54
y)、それらの中間点Ycを算出する(ステップ55
y)。
Subsequently, X-direction projection is performed. That is, the number of track pixels present at the same Y position is counted, and
The data is written into the memory corresponding to the position (step 52y). As a result, the distribution of the count values shown in FIG. 3B (the vertical axis is the count value, and the horizontal axis is the Y position) is obtained. The distribution of this count value is
Binarization is performed using the threshold value TH, bit data "1" is given to the Y position of the count value equal to or greater than the threshold value TH, and the threshold value T
Bit data "0" is given to the Y position less than H (step 53y). Thereby, the binary level distribution shown in FIG. 3D (the vertical axis represents the binary level, and the horizontal axis represents the Y position)
Is obtained. Next, the Y positions Y1 and Y2 of the rising and falling points of the binary level distribution are extracted (step 54).
y), and calculate their intermediate point Yc (step 55)
y).

【0017】上述と同様に、Y方向投影を行なう。すな
わち、同一X位置に存在する軌跡画素の数を計数し、計
数値をX位置対応でメモリに書込む(ステップ52
x)。これにより、図3の(c)に示す計数値の分布
(縦軸が計数値、横軸がX位置)が得られる。この計数
値の分布を、しきい値THを用いて2値化し、しきい値
TH以上の計数値のX位置にビットデ−タ「1」を与
え、しきい値TH未満のX位置にビットデ−タ「0」を
与える(ステップ53x)。これにより、図3の(e)
に示す2値レベル分布(縦軸は2値レベルを、横軸はX
位置を表わす)が得られる。次に2値レベル分布の立上
り点および立下り点のX位置X1およびX2を摘出して
(ステップ54x)、それらの中間点Xcを算出する
(ステップ55x)。
As described above, projection in the Y direction is performed. That is, the number of track pixels existing at the same X position is counted, and the counted value is written to the memory corresponding to the X position (step 52).
x). Thereby, the distribution of the count values shown in FIG. 3C (the vertical axis is the count value, and the horizontal axis is the X position) is obtained. The distribution of the count value is binarized using the threshold value TH, bit data “1” is given to the X position of the count value equal to or greater than the threshold value TH, and the bit data is assigned to the X position less than the threshold value TH. Data "0" (step 53x). Thereby, (e) of FIG.
(The vertical axis represents binary levels, and the horizontal axis represents X
Is obtained. Next, the X positions X1 and X2 of the rising and falling points of the binary level distribution are extracted (step 54x), and the intermediate point Xc is calculated (step 55x).

【0018】ウィービングの振幅はX2−X1(=W)
により、溶接トーチ13の走行速度は(Y2−Y1)/
1フレームの更新時間(=V)で演算できる。ここでW
が許容最小値Aおよび許容最大値Bに対しA>W又はB
<Wとなった場合に、画像処理装置23が、レ−ザ−伝
送路が異常と判定する。同様にしてVに対して許容範囲
を設定して溶接トーチ13の動作の異常も判定する。ま
た中心点(Xc,Yc)によりビームの位置の正,誤を
チェックする。すなわち、中心点(Xc,Yc)が設定
小領域内にあると正常、それを外れると異常と判定す
る。
The amplitude of the weaving is X2-X1 (= W)
, The traveling speed of the welding torch 13 is (Y2-Y1) /
The calculation can be performed with the update time of one frame (= V). Where W
Is A> W or B for allowable minimum value A and allowable maximum value B
If <W, the image processing apparatus 23 determines that the laser transmission path is abnormal. Similarly, an allowable range is set for V, and the abnormality of the operation of the welding torch 13 is also determined. Also, whether the beam position is correct or not is checked by the center point (Xc, Yc). That is, when the center point (Xc, Yc) is within the set small area, it is determined to be normal.

【0019】画像処理装置23は、ウィービングなし,
溶接トーチ固定の条件でも上述と同様の画像処理,演算
および異常判定を行ってW,Vにてレーザースポットそ
のもののサイズの正,誤を、中心点(Xc,Yc)にて
位置の正,誤をチェックする。ただしこの場合、しきい
値および参照値ならびに領域サイズは、ウィービングな
し,溶接トーチ固定の態様に定められたものを用いる。
The image processing device 23 has no weaving,
The same image processing, calculation, and abnormality determination as described above are performed under the welding torch fixing condition, and the correctness or wrongness of the size of the laser spot itself is determined by W and V, and the correctness or wrongness of the position is determined by the center point (Xc, Yc). Check. In this case, however, the threshold value, the reference value, and the area size are those determined in the mode of fixing the welding torch without weaving.

【0020】図5に、上述の、レ−ザ−伝送路の異常チ
ェック(レーザー伝送系診断)を組込んだ溶接制御の内
容を示す。この実施例においては、溶接実施前に必ずレ
ーザー伝送系診断を行うこととしているが、レーザー伝
送系診断は、複数回の溶接の終了後に1回行なうなど
の、間欠的な実行であってもよい。
FIG. 5 shows the contents of the welding control incorporating the above-described laser transmission path abnormality check (laser transmission system diagnosis). In this embodiment, the laser transmission system diagnosis is always performed before the welding is performed. However, the laser transmission system diagnosis may be performed intermittently, for example, once after the completion of a plurality of weldings. .

【0021】次に図5に示す、溶接制御を説明する。初
期状態では、トーチ13は一定の場所(待機位置;ホ−
ムポジション)、例えばオフラインの移動端にいる。ま
た溶接実施時以外は、低出力のHe−Neレーザーが照
射されるようシャッター3および平面鏡4は閉である。
すなわち、シャッタ−3が溶接用レ−ザ−を遮断する位
置にあって、平面鏡4が溶接用レ−ザ−光源1と平面鏡
7の間にあって、He−Neレーザーを平面鏡7に反射
する。
Next, the welding control shown in FIG. 5 will be described. In the initial state, the torch 13 is located at a certain place (standby position;
Position), for example, at the off-line mobile end. Except during welding, the shutter 3 and the plane mirror 4 are closed so that a low-output He-Ne laser is irradiated.
That is, the shutter 3 is located at a position where the welding laser is shut off, the plane mirror 4 is located between the welding laser light source 1 and the plane mirror 7, and reflects the He-Ne laser to the plane mirror 7.

【0022】溶接動作スタ−トがオペレ−タ又はホスト
コンピュ−タから与えられると、溶接トーチ13はスリ
ガラス19上すなわちレーザー伝送系診断装置上へ駆動
される(ステップ61)。そのまま移動中にHe−Ne
レーザーがスリガラス19上を通過し始める直前に、レ
ーザー伝送系診断計測が開始される(ステップ62)。
He−Neレーザーがスリガラス19上を通過し始める
と、図4に示す「中心点(Xc,Yc)の検出」(ステ
ップ50)を行い(ステップ63)、スリガラス19上
を通りすぎたら計測を終了する(ステップ64,6
5)。そして画像処理装置23の診断結果がOKなら
ば、溶接スタンバイ位置(図1のL位置)に移動し(ス
テップ66,67)、そこでレディを操作盤又はホスト
コンピュ−タに報知し、溶接スタ−ト指令を待つ。溶接
スタ−ト指令が到来すると、溶接開始位置への駆動を開
始して(ステップ68)、溶接ト−チ13の溶接指向線
(ねらい位置)が溶接開始位置に達したときに、シャッ
ター3と平面鏡4を開(シャッター3と平面鏡4を退避
位置に駆動)とし溶接を開始し(ステップ69)、溶接
が完了すればシャッター3と平面鏡4を閉とし、再び溶
接トーチ13を初期位置(図1のL)に戻す(ステップ
71)。次の溶接を実行する場合、再び開始(ステップ
61)より実行する。また診断結果がOKでないなら
ば、そのままアラームを発して溶接を中止する。すなわ
ち、シャッター3と平面鏡4を閉としたまま、溶接ト−
チ13をレーザー伝送系診断装置上に留める。
When the welding operation start is given from the operator or the host computer, the welding torch 13 is driven onto the glass 19, that is, onto the laser transmission system diagnostic device (step 61). He-Ne while moving
Immediately before the laser starts passing over the ground glass 19, laser transmission system diagnostic measurement is started (step 62).
When the He-Ne laser starts passing over the ground glass 19, "detection of the center point (Xc, Yc)" (step 50) shown in FIG. 4 is performed (step 63), and the measurement is ended when the laser passes over the ground glass 19. (Steps 64 and 6)
5). If the result of the diagnosis by the image processing device 23 is OK, it moves to the welding standby position (the position L in FIG. 1) (steps 66 and 67), and the ready is notified to the operation panel or the host computer, and the welding start is started. Wait for a command. When the welding start command arrives, the drive to the welding start position is started (step 68), and when the welding directing line (target position) of the welding torch 13 reaches the welding start position, the shutter 3 is closed. The flat mirror 4 is opened (the shutter 3 and the flat mirror 4 are driven to the retracted positions) to start welding (step 69). When welding is completed, the shutter 3 and the flat mirror 4 are closed, and the welding torch 13 is again moved to the initial position (FIG. 1). L) (step 71). When the next welding is to be performed, it is performed again from the start (step 61). If the diagnostic result is not OK, an alarm is issued and the welding is stopped. That is, while the shutter 3 and the plane mirror 4 are closed, the welding
Hold the switch 13 on the laser transmission system diagnostic device.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、最終的なレーザースポ
ットの状態,挙動を撮像装置(21)で直接監視するこ
とにより、レーザー伝送系の異常を常時診断し、即座に
異常を操作者あるいは操作装置に知らせることにより溶
接失敗を事前に回避しレーザー溶接の効率を向上するこ
とができる。
According to the present invention, the state and behavior of the final laser spot are directly monitored by the imaging device (21), so that the laser transmission system is constantly diagnosed for abnormality, and the abnormality is immediately detected by the operator or the operator. By notifying the operating device, welding failure can be avoided in advance and the efficiency of laser welding can be improved.

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

【図1】 本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of one embodiment of the present invention.

【図2】 図1に示すHe−Neレーザー発振器2が出
送したレーザーのウィービング動作と撮像装置21の画
面更新のタイミングの関係を示すタイムチャ−トであ
り、30はウィービング動作によりレーザーの焦点が描
く軌跡を示し、31は画面更新のタイミングを示す。
FIG. 2 is a time chart showing the relationship between the weaving operation of the laser sent and received by the He-Ne laser oscillator 2 shown in FIG. 1 and the timing of updating the screen of the imaging device 21, and 30 denotes the focus of the laser due to the weaving operation. The trajectory to be drawn is shown, and 31 indicates the timing of updating the screen.

【図3】 (a)は、図1に示す撮像装置21の撮影画
像を示す平面図、(b)は、(a)の画像の画像信号を
2値化して高輝度レベル画素を摘出し、同一Y位置の高
輝度レベル画素の数を計数してY位置対応で示すグラフ
であり、(c)は同一X位置の高輝度レベル画素の数を
計数してX位置対応で示すグラフであり、(d)は
(b)に示す画素数分布をしきい値THで2値化した高
輝度レベル画素のY方向分布領域を示すグラフであり、
(e)は(c)に示す画素数分布をしきい値THで2値
化した高輝度レベル画素のX方向分布領域を示すグラフ
である。
3A is a plan view showing a captured image of the image pickup device 21 shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a diagram showing an image signal of the image shown in FIG. It is a graph which counts the number of high luminance level pixels at the same Y position and shows it in correspondence with the Y position, and (c) is a graph which counts the number of high luminance level pixels in the same X position and shows it in correspondence with the X position, (D) is a graph showing a Y-direction distribution area of high-brightness level pixels obtained by binarizing the pixel number distribution shown in (b) with a threshold value TH,
(E) is a graph showing an X-direction distribution area of high-brightness level pixels obtained by binarizing the pixel number distribution shown in (c) with a threshold value TH.

【図4】 図1に示す画像処理装置23の「中心点(X
c,Yc)検出」50の内容を示すフロ−チャ−トであ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a “center point (X) of the image processing apparatus 23 shown in FIG. 1;
c, Yc) detection ”50.

【図5】 図1に示す溶接装置の、溶接制御の内容を示
すフロ−チャ−トである。
FIG. 5 is a flowchart showing details of welding control of the welding apparatus shown in FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:炭酸ガスレーザー発振器 2:He−Ne
レーザー発振器 3:シャッター 4:平面鏡 5:炭酸ガスレーザーの光路 6:He−Ne
レーザーの光路 7:平面鏡 8:凹面鏡 9:平面鏡 10:焦点 11:駆動装置 12:平面鏡の
回転軸 13:溶接トーチ 14:架台 15:基礎フレーム 16:架台の移
動方向 17:被溶接材 18:回転ロー
ル 19:スリガラス 20:減光フィ
ルタ 21:CCDカメラ 22:レンズ 23:画像処理装置 24:アラーム
装置 30:ウィービング動作の様子を示す曲線 31:撮像装置の1フレームの画像採取タイミングを示
す直線 40:レーザーの軌跡
1: Carbon dioxide laser oscillator 2: He-Ne
Laser oscillator 3: Shutter 4: Planar mirror 5: Optical path of carbon dioxide laser 6: He-Ne
Optical path of laser 7: Planar mirror 8: Concave mirror 9: Planar mirror 10: Focus 11: Drive unit 12: Rotating axis of plane mirror 13: Welding torch 14: Mount 15: Base frame 16: Moving direction of mount 17: Workpiece 18: Rotation Roll 19: ground glass 20: neutral density filter 21: CCD camera 22: lens 23: image processing device 24: alarm device 30: curve indicating the state of weaving operation 31: straight line indicating the timing of capturing an image of one frame of the imaging device 40: Laser trajectory

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 大出力のレーザーを用いて溶接を行うレ
ーザー溶接装置のレーザー伝送系を診断するためのレー
ザー伝送系診断装置であって、溶接に供されるレーザー
と同じ伝送経路を通って出射される低出力レーザーと、
レーザー溶接装置における溶接点に対応する位置に配置
した半透明の光散乱板と、該光散乱板表面に焦点位置を
もつレンズを通して該光散乱板上を撮像する2次元撮像
装置と、該撮像装置から得られる画像の特徴から前記の
伝送系の正常,非正常を判別する画像処理装置とからな
るレーザー伝送系診断装置。
1. A laser transmission system diagnostic device for diagnosing a laser transmission system of a laser welding device that performs welding using a high-power laser, and radiates through the same transmission path as a laser provided for welding. Low-power laser and
A translucent light scattering plate disposed at a position corresponding to a welding point in a laser welding device, a two-dimensional imaging device for imaging the light scattering plate through a lens having a focal position on the surface of the light scattering plate, and the imaging device A laser transmission system diagnostic device comprising: an image processing device for determining whether the transmission system is normal or abnormal based on the characteristics of an image obtained from the image data.
【請求項2】 前記2次元撮象装置が、一定時間の間露
光継続し、該露光継続時間の露光結果を1フレーム画像
として出力する装置であって、前記画像処理装置は該1
フレーム画像を画像処理単位とする画像処理装置である
ことを特徴とする請求項1記載のレーザー伝送系診断装
置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the two-dimensional imaging apparatus continues exposure for a predetermined time, and outputs an exposure result of the exposure duration as one frame image.
2. The laser transmission system diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus is an image processing apparatus using a frame image as an image processing unit.
【請求項3】 レーザー溶接装置がウィービングを行い
ながら溶接を行う装置であり、前記2次元撮像装置が、
ウィービング1周期以上の時間にわたり露光を継続し、
該露光継続期間の画像を1フレーム画面として出力する
装置であって、前記画像処理装置は該1フレーム画像を
画像処理単位とする画像処理装置であることを特徴とす
る請求項1記載のレーザー伝送系診断装置。
3. A laser welding apparatus for performing welding while performing weaving, wherein the two-dimensional imaging apparatus includes:
Exposure is continued for more than one cycle of weaving,
2. The laser transmission according to claim 1, wherein the apparatus outputs the image of the exposure duration as one frame screen, and the image processing apparatus is an image processing apparatus that uses the one frame image as a unit of image processing. System diagnostic device.
【請求項4】 画像処理装置が、前記1フレームの画面
に対し、輝度レベルに対する2値化処理を行うことによ
ってレーザーが1フレーム露光時間に通過した軌跡を切
り出し、切り出された軌跡の縦,横方向各々の長さ、あ
るいはその一方の長さを検出し、もしくは必要に応じて
切り出された軌跡の縦,横方向の中心位置を検出し、そ
の結果があらかじめ用意した基準値に対して許容誤差以
内であるかを判別する機能を有することを特徴とする請
求項2または請求項3記載のレーザー伝送系診断装置。
4. An image processing apparatus performs a binarization process on a luminance level on the one-frame screen to cut out a trajectory through which the laser has passed for one frame exposure time, and the vertical and horizontal trajectories of the cut-out trajectory are extracted. Detect the length of each direction or one of them, or detect the center of the trajectory cut out as needed in the vertical and horizontal directions. 4. The laser transmission system diagnostic apparatus according to claim 2, further comprising a function of determining whether the distance is within the range.
【請求項5】 前記の半透明の光散乱板と、該光散乱板
表面に焦点位置をもつレンズを通して該光散乱板上を撮
像する2次元撮像装置とを、溶接を行う位置の傍らにあ
るオフライン位置に設置し、溶接を実施しない待ち時間
の間に、該光散乱板上にトーチを移動させ、その移動中
あるいは移動停止後に前記の低出力レーザーを該光散乱
板上に照射することにより診断を行う、請求項1,請求
項2,請求項3又は請求項4に記載のレーザー伝送系診
断装置を用いるレーザー伝送系診断方法。
5. A translucent light-scattering plate and a two-dimensional imaging device for imaging the light-scattering plate through a lens having a focal position on the surface of the light-scattering plate are located beside a welding position. By placing the torch on the light-scattering plate during the waiting time during which welding is not performed while being installed at the off-line position, by irradiating the low-power laser onto the light-scattering plate during or after the movement is stopped. A method for diagnosing a laser transmission system using the laser transmission system diagnosis device according to claim 1, wherein the diagnosis is performed.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009204396A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Toray Eng Co Ltd Evaluating method of marking
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