[发明专利]激光焊接的焊接位置检测装置和焊接位置检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及以激光为集中热源(concentrated heat source)对焊接材料(welding material)的接合部(缝部)(seam)进行焊接的激光焊接(laser beam welding)的焊接位置检测装置和焊接位置检测方法。

背景技术

作为焊接钢管(welded steel pipe)的制造方法之一，存在如下制造工序：连续地提供钢带等并整形为圆筒状(cylindrical)，使其两边缘接合并进行焊接，来制造钢管制品。作为该制造工序中的焊接方法，多采用电阻焊接(ERW法)，但是近年来，利用了使用激光作为热源的激光焊接法。半导体激励激光器(semiconductor laser)和光纤激光器(Fiber laser)等、振荡波长比现有的气体振荡的激光器(Gas laser)短的激光焊接机被开发出来，由此，在通过激光焊接法进行焊接时，难以产生因气化的被焊接金属与激光的相互作用而产生的等离子体等导致的效率下降。其结果是，激光焊接法的利用更加广泛。

然而，在该激光焊接法中，需要进行准确的定位，以使激光的照射位置(irradiation point)始终对准接合部。但是，在钢带的连续的整形工序中，由于生产线的条件或加热的条件等，钢带的接合位置容易变动。因此，为了准确地控制激光的照射位置，一直以来，进行了连续地检测激光焊接部处的激光的照射位置的方法的开发研究。

作为激光焊接的焊接位置检测方法，已知有利用视频拍摄机直接观察焊接部(激光照射部的附近)，来检测接合部和熔融池的中心位置的方法(参照专利文献1)。在该焊接位置检测方法中，向焊接部照射来自外部照明的照明，将外部照明的位置设计为接合部被观察为较暗而熔融池被观察为较亮，并将观察图像的亮度模式二值化，来检测接合部和熔融池的中心位置的位置。

此外，还已知有如下激光焊接的焊接位置检测方法：利用拍摄装置(imaging device)拍摄向焊接部(激光照射部的附近)照射的光的反射光和由等离子体产生的光，将拍摄到的图像(image)中的亮度比周边高的部分判定为激光照射位置(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特公昭55-18439号公报

专利文献2：日本特开2000-263266号公报

非专利文献

非专利文献1：B.K.P.Hron，B.G.Schunck：Determining optical flow，Artificial Intelligence，vol.17，pp.185-203，(1981)

发明内容

发明要解决的问题

但是，焊接材料的接合部由于焊接材料的接合部的边缘形状的变动和边缘部的污损等，不一定是左右对称的，而且，反射率也因焊接材料的表面性状而不同。因此，如果仅靠对观察图像的亮度模式进行二值化，则难以进行稳定的焊接位置的检测。此外，关于熔融池的形状，也不是左右对称形状，因此，在使用了熔融池的二值化图像的焊接位置检测方法中，不能得到足够的检测精度。

此外，等离子体是由于从激光的照射位置升起的金属蒸气(metallic vapor)与激光的相互作用而发光的，因此，等离子体的发光位置与激光的照射位置并非准确地一致，而且，等离子体的发光位置也成为具有一定范围的区域。因此，即使检测等离子体的发光位置并实施二值化或重心运算等的图像处理(image processing)，等离子体的发光位置作为激光照射位置的代表是缺乏精度的。此外，在近年来的激光焊接中，等离子体的产生量本来就变小了，从而存在基于图像的等离子体检测变得困难这样的问题。

此外，在基于拍摄到的图像的亮度计算而进行的激光的照射位置的检测方法中，设置了“在拍摄到的图像中激光的照射位置的亮度最大”这样的前提，但是在现实中，钢板表面的漫反射等成为干扰，因此，在拍摄到的图像中，激光的照射位置的亮度不一定最大。即，“在拍摄到的图像中激光的照射位置的亮度最大”这样的前提本身就缺乏可靠性。

本发明是鉴于上述内容而完成的，其目的在于，提供一种无需设置“在拍摄到的图像中激光的照射位置的亮度最大”这样的前提，而能够进行可靠性高的激光焊接的焊接位置的检测的激光焊接的焊接位置检测装置和焊接位置检测方法。

用于解决问题的手段