激光照射状态判定方法与流程

1.本发明涉及一种按照激光照射装置照射的激光的功率来判定激光照射装置的状态的激光照射状态判定方法。


背景技术：

2.在日本发明专利授权公报特许第6279589号和日本发明专利授权公报特许第6021929号中公开了测定激光照射装置的激光输出功率的技术。


技术实现要素：

3.在日本发明专利授权公报特许第6279589号和日本发明专利授权公报特许第6021929号公开的技术中，没有考虑到刚刚开始照射激光之后的上升的功率特性按激光照射装置的个体而不同，因此有获取到的激光功率精度低的问题。
4.本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够高精度地获取激光的功率(输出激光功率)的激光照射状态判定方法。
5.本发明的方式是一种激光照射状态判定方法，该方法用于判定激光照射装置照射的激光的照射状态，具有功率稳定时间获取步骤、能量获取步骤、换算步骤和状态判定步骤，其中，在所述功率稳定时间获取步骤中，获取从所述激光照射装置开始所述激光的照射起到所述激光的功率稳定为止的时间作为功率稳定时间；在所述能量获取步骤中，在从所述激光照射装置开始所述激光的所述照射起经过所述功率稳定时间以上的时间之后，获取在预先设定的规定期间内所述激光照射装置照射的所述激光的能量；在所述换算步骤中，将获取到的所述能量换算为所述激光照射装置照射的所述激光的所述功率；在所述状态判定步骤中，根据换算出的所述激光的所述功率来判定所述激光的所述照射状态。
6.根据本发明，能够高精度地获取激光的功率。
附图说明
7.图1是表示通过激光钎焊机加工汽车的车身的样子的示意图。图2是表示激光照射状态判定装置的结构的框图。图3是表示激光照射装置的激光的功率的时间变化的曲线图。图4是表示由能量获取部进行的能量获取处理的流程的流程图。图5是表示激光照射装置的激光的功率的时间变化的曲线图。图6是表示功率换算处理的流程的流程图。图7是表示激光照射状态判定处理的流程的流程图。图8a～图8c是说明现有技术的激光功率获取方法的图。图9a～图9c是说明第1实施方式的激光的功率获取方法的图。图10是表示激光照射状态判定装置的结构的框图。图11是表示激光照射状态判定处理的流程的流程图。
图12是在时间序列数据存储部中存储的时间序列数据的例子。图13是在时间序列数据存储部中存储的时间序列数据的例子。图14是在时间序列数据存储部中存储的时间序列数据的例子。图15是在时间序列数据存储部中存储的时间序列数据的例子。图16是在时间序列数据存储部中存储的时间序列数据的例子。
具体实施方式
8.〔第1实施方式〕[激光钎焊机的结构]图1是表示通过激光钎焊机10加工汽车的车身12的样子的示意图。激光钎焊机10使用熔点比构成车身12的钢板低的钎料14来使钢板彼此相接合。激光钎焊机10对在生产线上输送的车身12依次进行加工。图1表示通过激光钎焊机10使车身12的顶板16和侧板18相接合的样子。
[0009]
激光钎焊机10具有钎料供给装置20、激光照射装置22和搬运机器人24。
[0010]
钎料供给装置20由未图示的卷轴放出线状的钎料14，由导向部26向顶板16与侧板18的被接合部28供给钎料14。
[0011]
激光照射装置22从通过传输线连接于未图示的激光发射器的照射头30，向被供给到被接合部28的钎料14照射激光。通过激光的能量使钎料14熔融，在此之后，钎料14冷却固化而形成焊道32。通过该焊道32使顶板16和侧板18相接合。在激光照射装置22的从照射头30照射激光的部分设置有防护玻璃31。
[0012]
搬运机器人24是搬运钎料供给装置20和激光照射装置22的机器人。搬运机器人24使钎料供给装置20和激光照射装置22沿车身12的被接合部28移动。另外，搬运机器人24使激光照射装置22移动到激光功率传感器34的上方，激光照射装置22向激光功率传感器34照射激光。激光功率传感器34检测激光的功率。根据检测到的激光的功率，通过后述的激光照射状态判定部44来判定激光照射装置22的激光的照射状态。每当1台车身12的加工结束时测定激光照射装置22的激光的功率。另外，也可以在开始加工1台车身12之前，每次都测定激光照射装置22的激光的功率。在激光功率传感器34的受到来自激光照射装置22的激光照射的部分设置有防护玻璃35。
[0013]
[激光照射状态判定装置的结构]图2是表示激光照射状态判定装置36的结构的框图。隔着输送车身12的生产线设置有激光钎焊机10l和激光钎焊机10r。本实施方式的激光照射状态判定装置36判定激光钎焊机10l、10r分别具有的激光照射装置22的激光的照射状态。激光照射状态判定装置36具有功率稳定时间获取部38、能量获取部40、功率换算部42、激光照射状态判定部44和告知控制部46。另外，激光照射状态判定装置36也可以对1台激光钎焊机10所具有的激光照射装置22、或者3台以上的激光钎焊机10各自具有的激光照射装置22判定激光的照射状态。
[0014]
功率稳定时间获取部38获取功率稳定时间，该功率稳定时间是指从激光照射装置22开始照射激光到激光的功率稳定为止的时间。在后面详细叙述功率稳定时间。
[0015]
能量获取部40根据激光功率传感器34检测到的激光的功率信息，来获取在规定期间激光照射装置22照射的激光的能量。在后面详细叙述激光的能量的获取处理。
[0016]
功率换算部42根据能量获取部40获取到的激光的能量来换算激光的功率。在后面详细叙述根据激光的能量换算出激光的功率的功率换算处理。
[0017]
激光照射状态判定部44根据在功率换算部42中求得的激光的功率来判定激光照射装置22的激光的照射状态。在后面详细叙述激光照射装置22的激光的照射状态的判定处理。
[0018]
告知控制部46根据激光照射状态判定部44判定出的激光照射装置22的激光的照射状态来控制告知部48，以向操作者进行告知。告知部48可以是显示文字、图像等的显示装置，也可以是发出语音等的音响装置。
[0019]
功率稳定时间获取部38、能量获取部40、功率换算部42、激光照射状态判定部44和告知控制部46通过由处理器执行存储在未图示的存储介质中的程序来实现。
[0020]
[功率稳定时间获取处理]图3是表示激光照射装置22的激光的功率的时间变化的曲线图。图3的曲线图表示从3台激光照射装置22分别开始照射激光到经过设定时间t1[ms]为止的激光的功率的时间变化的例子。3台激光照射装置22被控制为均照射设定功率w1[w]的激光。
[0021]
如图3所示，在刚刚开始照射激光之后，激光的功率特性按激光照射装置22的个体而有较大不同，另外，各激光照射装置22中的激光的功率的时间变化量大。从开始照射激光起经过时间后，每个激光照射装置22个体的激光功率的特性的差变小，另外，各激光照射装置22中的激光功率的时间变化量变小。
[0022]
在激光照射装置22的激光功率的时间变化如图3的曲线图那样变化的情况下，功率稳定时间为t0[ms]。功率稳定时间获取部38获取该功率稳定时间。使用与作为判定激光照射状态的对象的激光照射装置22同等的装置预先测量功率稳定时间。或者，也可以在判定激光照射状态之前，使用作为判定激光照射状态的对象的激光照射装置22来测量功率稳定时间。
[0023]
[能量获取处理]图4是表示由能量获取部40进行的能量获取处理的流程的流程图。每当判定激光照射装置22的激光照射状态时执行能量获取处理。在判定激光照射装置22的激光照射状态时，激光钎焊机10被控制为，在设定时间t1[ms]期间从激光照射装置22向激光功率传感器34照射设定功率w1[w]的激光。
[0024]
在步骤s1中，能量获取部40判定从激光照射装置22开始照射激光起是否经过了功率稳定时间以上的时间。在经过了功率稳定时间以上的时间的情况下向步骤s2转移，在没有经过功率稳定时间以上的时间的情况下重复步骤s1的判定。
[0025]
在步骤s2中，能量获取部40获取在预先设定的规定期间δt2[ms]内对激光功率传感器34检测到的激光的功率进行积分得到的值作为能量，结束能量获取处理。
[0026]
图5是表示激光功率传感器34检测到的激光照射装置22的激光的功率的时间变化的例子的曲线图。图5的曲线图表示从激光照射装置22开始照射激光起到经过设定时间t1[ms]为止的激光功率的时间变化的例子。
[0027]
能量获取部40在激光照射装置22开始照射激光起经过功率稳定时间t0[ms]以上的时间之后，获取对规定期间δt2[ms]的激光的功率进行积分得到的值作为能量。如图5所示，在激光的功率发生变化的情况下，能量获取部40获取e[j]作为在规定期间δt2[ms]从
激光照射装置22照射的激光的能量。
[0028]
[功率换算处理]图6是表示由功率换算部42进行的功率换算处理的流程的流程图。每当上述的能量获取处理结束时执行功率换算处理。
[0029]
在步骤s11中，功率换算部42输入在能量获取部40中获取到的激光的能量，向步骤s12转移。
[0030]
在步骤s12中，功率换算部42将激光的能量换算为激光的功率，结束功率换算处理。如图5所示，在激光的功率发生变化的情况下，能量获取部40获取e[j]作为规定期间δt2[ms]的能量。功率换算部42通过用获取到的激光的能量e[j]除以规定期间δt2来将激光的能量换算为激光的功率。
[0031]
[激光照射状态判定处理]图7是表示由激光照射状态判定部44和告知控制部46进行的激光照射状态判定处理的流程的流程图。
[0032]
在步骤s21中，激光照射状态判定部44输入在功率换算部42中求出的激光的功率，向步骤s22转移。
[0033]
在步骤s22中，激光照射状态判定部44判定在步骤s21中输入的激光的功率是否小于预先设定的阈值。在激光的功率小于阈值的情况下向步骤s23转移，在激光的功率在阈值以上的情况下向步骤s24转移。
[0034]
在步骤s23中，告知控制部46控制告知部48以向操作者告知激光照射装置22的输出功率(激光的功率)下降，然后结束激光照射状态判定处理。
[0035]
在步骤s24中，告知控制部46控制告知部48以向操作者告知激光照射装置22的输出功率正常，然后结束激光照射状态判定处理。
[0036]
[作用效果]图8a～图8c是说明现有技术的激光功率获取方法的图。图8a～图8c的曲线图表示从3台激光照射装置22分别开始照射激光起到经过设定时间t1[ms]为止的激光的功率的时间变化。
[0037]
在现有技术的激光功率获取方法中，根据对激光照射装置22刚刚开始照射激光之后的激光的功率进行积分得到的能量，获取了激光的功率。本实施方式的激光功率传感器34的响应性高，能够检测由于几[ms]的激光的照射而产生的功率的变化。因此，能够求出在短的期间内照射的激光的能量，由此能够在短时间内求出激光的功率。但是，激光的功率不稳定的期间相对于求取激光能量的期间占相对较大的比例，有根据求出的激光能量换算出的激光的功率的精度恶化的问题。
[0038]
在激光的功率如图8a～图8c所示那样变化的情况下，激光照射装置22分别开始照射激光之后，在从0[ms]到设定时间t1[ms]的期间内照射的激光的能量分别为ea[j]、eb[j]、ec[j](eb＞ea＞ec)。通过用各个能量ea[j]、eb[j]、ec[j]除以设定时间t1[ms]而换算出的激光的功率按激光照射装置22的个体，功率变动较大。因此，根据通过现有技术的获取方法获取到的激光的功率来判定激光照射装置22的激光的照射状态的情况下，有发生误判的担忧。
[0039]
图9a～图9c是说明本实施方式的激光的功率获取方法的图。图9a～图9c的曲线图
表示从3台激光照射装置22分别开始照射激光起到经过设定时间t1[ms]为止的激光的功率的时间变化。
[0040]
在激光的功率如图9a～图9c所示那样变化的情况下，激光照射装置22分别开始照射激光之后，经过的功率稳定时间t0[ms]，在的功率稳定时间t0[ms]～设定时间t1[ms]的规定期间δt2[ms]内照射的激光的能量ed[j]、ee[j]、ef[j]大致相等。用各个能量ed[j]、ee[j]、ef[j]除以规定期间δt2[ms]得到的激光的功率大致相等。
[0041]
通常，根据在尽可能长的期间照射的激光的能量求出激光的功率的方法求出的激光的功率为高精度。在本实施方式中，考虑到激光功率传感器34的特性，除去激光的的功率不稳定的期间，而特意根据短期间内的激光能量来获取功率。据此，能够高精度地得到激光的功率，由此能够提高基于激光的功率判定激光照射装置22的激光照射状态的精度。
[0042]
〔第2实施方式〕在本实施方式的激光照射状态判定装置36中，根据在功率换算部42中求出的激光照射装置22的激光功率的时间序列数据，具体地判定激光照射装置22照射的激光的功率下降的原因。
[0043]
[激光照射状态判定装置的结构]图10是表示激光照射状态判定装置36的结构的框图。隔着输送车身12的生产线设置有激光钎焊机10l和激光钎焊机10r。本实施方式的激光照射状态判定装置36判定激光钎焊机10l、10r各自具有的激光照射装置22的激光照射状态。
[0044]
激光照射状态判定装置36具有功率稳定时间获取部38、能量获取部40、功率换算部42、时间序列数据存储部50、激光照射状态判定部44和告知控制部46。这些各结构要素中的功率稳定时间获取部38、能量获取部40和功率换算部42与第1实施方式的功率稳定时间获取部38、能量获取部40和功率换算部42相同。激光照射状态判定部44及告知控制部46与第1实施方式的激光照射状态判定部44及告知控制部46相比，所进行的处理的一部分内容不同。另外，时间序列数据存储部50是在本实施方式中追加的结构要素。
[0045]
每当判定激光照射装置22的激光照射状态时，时间序列数据存储部50将在功率换算部42中求得的激光的功率与判定激光照射装置22的激光照射状态的时间建立对应关系，作为时间序列数据进行存储。
[0046]
激光照射状态判定部44根据在时间序列数据存储部50中存储的时间序列数据，判定激光照射装置22的激光照射状态。在后面详细叙述激光照射装置22的激光照射状态判定处理。
[0047]
告知控制部46控制告知部48，以根据激光照射状态判定部44判定出的激光照射装置22的激光照射状态，向操作者进行告知。
[0048]
功率稳定时间获取部38、能量获取部40、功率换算部42、激光照射状态判定部44和告知控制部46通过由处理器执行存储在未图示的存储介质中的程序来实现。时间序列数据存储部50通过未图示的存储介质来实现。
[0049]
[激光照射状态判定处理]图11是表示由激光照射状态判定部44和告知控制部46进行的激光照射状态判定处理的流程的流程图。
[0050]
在步骤s31中，激光照射状态判定部44输入在功率换算部42中求出的激光的功率，
然后向步骤s32转移。
[0051]
在步骤s32中，激光照射状态判定部44将在步骤s31中输入的激光的功率与激光的功率的输入顺序建立对应关系，作为时间序列数据存储在时间序列数据存储部50中，然后向步骤s33转移。
[0052]
在步骤s33中，激光照射状态判定部44从时间序列数据存储部50获取激光的功率的时间序列数据，然后向步骤s34转移。
[0053]
在步骤s34中，激光照射状态判定部44根据时间序列数据，判定激光照射装置22的激光照射状态，然后向步骤s35转移。在后面详细叙述根据时间序列数据来判定激光照射装置22的激光照射状态的判定处理。
[0054]
在步骤s35中，告知控制部46控制告知部48以向操作者告知在步骤s34中判定出的激光照射装置22的激光照射状态，然后结束激光照射状态判定处理。
[0055]
[激光照射状态的判定的细节]图12～图14是在时间序列数据存储部50中存储的时间序列数据的例子。如上所述，每当1台车身12的加工结束时进行激光照射装置22的激光的功率的测定。因此，图12～图14所示的时间序列数据被表示为，表示激光的功率相对于激光照射装置22加工的车身12的台数而发生的变化的曲线图。
[0056]
激光照射装置22的照射头30的防护玻璃31的表面设有气刀，气刀抑制溅射物或烟雾侵入防护玻璃31侧。但是，有时溅射物或烟雾通过气刀侵入防护玻璃31侧，附着在防护玻璃31上。由于溅射物或烟雾附着在防护玻璃31上，因此激光照射装置22照射的激光的功率下降。根据附着在防护玻璃31上的是溅射物还是烟雾，并且根据溅射物的主要成分，时间序列数据的变化不同。
[0057]
图12的时间序列数据表示在激光照射装置22的照射头30的防护玻璃31上附着有以锌为主要成分的溅射物的情况下的例子。图13的时间序列数据表示在激光照射装置22的照射头30的防护玻璃31上附着有以铜为主要成分的溅射物的情况下的例子。
[0058]
通过向钎料14照射激光，钎料14所含有的锌、铜的微粒子(溅射物)飞散。以锌为主要成分的溅射物的熔点比较低，以锌为主要成分的溅射物在附着在防护玻璃31上之后被激光的热量灼烧而扩大。因此，以锌为主要成分的溅射物附着在防护玻璃31上之后，经几十台车身12后激光的功率逐渐减小。如图12所示的时间序列数据那样，在经几十台车身12后激光的功率逐渐减小的情况下，激光照射状态判定部44判定为在防护玻璃31上附着有以锌为主要成分的溅射物。在该情况下，告知控制部46控制告知部48以向操作者告知在防护玻璃31上可能附着有以锌为主要成分的溅射物。
[0059]
以铜为主要成分的溅射物的尺寸比以锌为主要成分的溅射物的尺寸大。因此，当以铜为主要成分的溅射物附着在防护玻璃31上时，激光的功率较大地下降。如图13所示的时间序列数据所示，在激光的功率呈分级状减小的情况下，激光照射状态判定部44判定为在防护玻璃31上附着有以铜为主要成分的溅射物。在该情况下，告知控制部46控制告知部48以向操作者告知在防护玻璃31上可能附着有以铜为主要成分的溅射物。
[0060]
图14的时间序列数据表示在激光照射装置22的照射头30的防护玻璃31上附着有烟雾的情况下的例子。按照激光照射装置22加工的车身12的台数，附着在防护玻璃31上的烟雾的量增加。当激光照射装置22加工约5000台车身12时，激光照射装置22照射的激光的
功率下降1％至2％左右。尽管与每一天的加工台数也有关，但约1周左右需要更换防护玻璃31。如图14所示的时间序列数据那样，在激光的功率经约5000台车身12而下降1％至2％左右的情况下，激光照射状态判定部44判定为附着在防护玻璃31上的烟雾量较多。在该情况下，告知控制部46控制告知部48以向操作者告知附着在防护玻璃31上的烟雾较多。
[0061]
图15和图16是在时间序列数据存储部50中存储的时间序列数据的例子。有时由于在防护玻璃31上附着溅射物或烟雾以外的原因，产生激光照射装置22照射的激光的功率的下降。
[0062]
图15的时间序列数据表示激光照射装置22的钎料供给装置20的导向部26的未图示的辊子有不良状况的情况下的例子。导向部26通过使辊子旋转来送出钎料14。当进行激光的功率的测定时，导向部26使辊子反向旋转一定长度(一定旋转量)，使钎料14被重绕在钎料14不被激光照射到的位置。但是，由于辊子的摩耗、辊子的位置调整部位的松弛等，有时钎料14没有被充分地重绕，而使钎料14被激光照射到。在该情况下，仅在测定激光时钎料14被激光照射到时，激光的功率单次下降。在导向部26有不良状况的情况下，如图15的时间序列数据那样，每隔几台车身12发生激光的功率单次下降的现象，其间隔逐渐变短。
[0063]
如图15的时间序列数据所示，在每隔几台车身12发生激光的功率单次下降的现象，且其间隔逐渐变短的情况下，激光照射状态判定部44判定为导向部26的辊子发生不良状况。在该情况下，告知控制部46控制告知部48以向操作者告知导向部26的辊子发生不良状况。
[0064]
图16的时间序列数据表示激光照射装置22的照射头30在加工过程中与障碍物发生干涉，照射头30的位置或姿势偏移的情况下的例子。在照射头30的位置或者姿势偏移的情况下，如图16的时间序列数据所示，在激光的功率下降之后，功率稳定保持在激光的功率下降后的状态。如图16的时间序列数据所示，在激光的功率下降之后功率稳定保持在激光的功率下降后的状态的情况下，激光照射状态判定部44判定为照射头30在加工过程中与障碍物发生干涉。在该情况下，告知控制部46控制告知部48以向操作者告知照射头30在加工过程中与障碍物发生干涉。
[0065]
另外，激光照射装置22的照射头30在加工过程中与障碍物发生干涉的情况下的时间序列数据(图16)、和在激光照射装置22的照射头30的防护玻璃31上附着有以铜为主要成分的溅射物的情况下的时间序列数据(图13)中，激光的功率均呈分级状减少。激光照射状态判定部44也可以在激光的功率呈分级状减小的情况下，判定为照射头30在加工过程中与障碍物发生干涉、或者在照射头30的防护玻璃31上附着有溅射物。
[0066]
[作用效果]在本实施方式中，将功率换算部42获取到的激光照射装置22的激光的功率作为时间序列数据存储在时间序列数据存储部50中，激光照射状态判定部44根据存储的时间序列数据来判定激光照射装置22的激光的照射状态。据此，能够对激光的照射状态进行更详细的判定。
[0067]
〔根据实施方式能得到的技术思想〕下面记载根据上述实施方式能掌握的技术思想。
[0068]
一种激光照射状态判定方法，该方法用于判定激光照射装置(22)照射的激光的照射状态，具有功率稳定时间获取步骤、能量获取步骤、换算步骤和状态判定步骤，其中，在所
述功率稳定时间获取步骤中，获取从所述激光照射装置开始所述激光的照射起到所述激光的功率稳定为止的时间作为功率稳定时间；在所述能量获取步骤中，在从所述激光照射装置开始所述激光的所述照射起经过所述功率稳定时间以上的时间之后，获取在预先设定的规定期间内所述激光照射装置照射的所述激光的能量；在所述换算步骤中，将获取到的所述能量换算为所述激光照射装置照射的所述激光的所述功率；在所述状态判定步骤中，根据换算出的所述激光的所述功率来判定所述激光的所述照射状态。据此，能够获取高精度的激光的功率，根据高精度的激光的功率判定激光的照射状态，由此能够提高判定的精度。
[0069]
在上述的激光照射状态判定方法中，所述功率稳定时间也可以预先设定。据此，由于在加工过程中不进行求取功率稳定时间的处理，因此能够减轻激光照射状态判定装置36的负荷。
[0070]
在上述的激光照射状态判定方法中，也可以在所述状态判定步骤中，通过将换算出的所述激光的所述功率和预先设定的阈值进行比较来判定所述激光的所述照射状态。通过将获取到的激光的功率和阈值进行比较来判定激光的照射状态，能够易于判定激光的照射状态。
[0071]
在上述的激光照射状态判定方法中，也可以具有时间序列数据存储步骤，在所述时间序列数据存储步骤中，将换算出的所述激光的所述功率作为时间序列数据进行存储，在所述状态判定步骤中，根据所述时间序列数据来判定所述激光的照射状态。据此，能够更详细地判定激光的照射状态。附图标记说明
[0072]
22：激光照射装置。