CN116194238A - 焊接测量系统以及焊接测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的为，提供在焊炬的移动速度不规则变化的手工电弧焊中能够有规律地拍摄焊接现象的焊接测量系统以及焊接测量方法。为此，在测量手工电弧焊中的焊接现象的焊接测量系统中，具有：沿着焊接线配设的摄像头轨道；能够在所述摄像头轨道上移动的摄像头；驱动所述摄像头的摄像头驱动装置；和计算机，其检测由所述摄像头拍摄到的图像内的电弧的位置，并控制所述摄像头驱动装置，使得所述摄像头按照以所述电弧的位置持续显示于由所述摄像头拍摄到的图像的规定区域内这样的速度移动。

Description

焊接测量系统以及焊接测量方法

技术领域

本发明涉及测量焊接现象的系统以及方法。

背景技术

伴随当今社会形势，制造业的环境正在巨变。例如由于海外生产的增加和来自海外的采购零部件的增加、熟练技术者的减少等，导致难以维持制造业的技能，质量管理所面对的状况更严峻。作为至今为止的技能传承方法，通过由熟练技工直接进行指导而传承。但是，传递技能的手段并不充分，多数情况下是感觉上的指导，由此指导花费时间或者出现不正确地传递，由此，无法被完全传承，也担心会失传。

另一方面，由于近些年测量技术的发展，看到了对熟练技能进行测量并评价的尝试。作为解决以往的技能传承中的课题的方法而执行如下尝试：使用各种测量设备来测量并评价对象者的作业。并提出了如下方法：将测量的数据与过去测量的数据进行比较，由此评价是否合格，并用于质量管理和焊接作业的训练。作为将这种方法公开的现有技术文献，例如具有专利文献1。

专利文献1中公开了一种焊接质量评价装置，其装备有：显示器，其将由如下4台摄像头拍摄到的图像与从焊接电流电压测定装置获得的焊接电流和电压信号一同显示，该摄像头包括：熔池观察摄像头，其能够移动地固定于焊接装置并与焊接的进展一起移动，观察焊炬举动和熔池表面举动；背波观察摄像头，其与所述熔池观察摄像头一体移动，测量熔池背侧的熔融状态；焊炬摄像头，其安装于焊接焊炬，监视熔融状态和电弧状态；和整体举动拍摄摄像头，其拍摄焊接员的姿势和焊接部的大体状况；储存装置，其将由所述4台摄像头拍摄到的图像信息与从焊接电流电压测定装置获得的焊接电流和电压信号一同储存并解析；以及焊接保护面，其安装有显示由所述4台摄像头拍摄到的图像的任意一个的小型监视器。

另外，专利文献1中，关于熔池观察摄像头以及背波观察摄像头的移动方法，做出了如下说明：“本发明的焊接质量评价装置中的熔池观察摄像头和背波观察摄像头设置于母材的上方和下方，伴随焊接的进展沿着坡口一体移动。这些熔池观察摄像头和背波观察摄像头的移动速度能够设为规定模型速度，也能够设为与基于来自拍摄焊接员的姿势的整体举动拍摄摄像头的图像信息解析出的焊接焊炬的移动速度同步的速度。”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－91086号公报

发明内容

但是，在将熔池观察摄像头的移动速度设为“规定模型速度”的情况下，当移动速度脱离“规定模型速度”时，对于熔池的拍摄距离以及拍摄角度会变动，变得无法有规律地拍摄焊接现象。

另外，虽然记载了能够将熔池观察摄像头的移动速度设为“与基于来自拍摄焊接员姿势的整体举动拍摄摄像头的图像信息解析出的焊接焊炬的移动速度同步的速度”，但是对于基于来自整体举动拍摄摄像头的图像信息来计算焊接焊炬的移动速度是需要时间的，担心无法确保熔池观察摄像头相对于焊接焊炬移动的追随性。

另外，在上述方法的情况下，当摄像头配置和焊接位置改变而拍摄条件变化时，再次需要进行图像处理参数的调整。而且，在当焊接时电弧状态变化，最佳的拍摄条件发生变化的情况下，也担心无法确保熔池观察摄像头的追随性。

本发明是鉴于上述课题做出的，其目的为，提供在焊炬的移动速度不规则变化的手工电弧焊中能够有规律地拍摄焊接现象的焊接测量系统以及焊接测量方法。

为了实现上述目的，本发明的焊接测量系统在手工电弧焊中测量焊接员的动作，所述焊接测量系统具有：沿着焊接线配设的第1摄像头轨道；能够在所述第1摄像头轨道上移动的第1摄像头；驱动所述第1摄像头的第1摄像头驱动装置；和计算机，其检测由所述第1摄像头拍摄到的图像内的电弧的位置，并控制所述第1摄像头驱动装置，使得所述第1摄像头以所述电弧的位置持续显示于由所述第1摄像头拍摄到的图像的规定区域内这样的速度移动。

另外，本发明的焊接测量方法使摄像头移动来测量手工电弧焊中的焊接现象，所述焊接测量方法具有如下工序：在开始焊接之前以使焊接开始点收在所述摄像头的视场角内的方式调整所述摄像头的位置的工序；在开始焊接之前开始所述摄像头的拍摄的工序；在开始焊接之后以使由所述摄像头拍摄到的图像内的电弧的位置持续显示于所述图像的规定区域内的方式移动所述摄像头的工序；和在所述电弧消失的情况下停止所述摄像头的移动并且继续进行所述摄像头的拍摄的工序。

根据以上构成的本发明，在焊炬的移动速度变化的手工电弧焊中，能够将电弧捕捉至由摄像头拍摄到的图像的规定区域内，由此能够有规律地拍摄焊接现象。

发明效果

根据本发明，在焊炬的移动速度不规则变化的手工电弧焊中，能够有规律地拍摄焊接现象

附图说明

图1是表示本发明第1实施例的焊接测量系统的整体构成的图。

图2是表示本发明第1实施例中的控制部的处理的流程图。

图3是表示本发明第2实施例的焊接测量系统的整体构成的图。

图4是表示本发明第3实施例中的控制部的处理的流程图。

图5是表示本发明第4实施例的焊接测量系统的整体构成的图。

图6是从上方观察本发明第4实施例中的焊接测量系统的图。

图7是表示本发明第4实施例中的控制部的处理的流程图。

图8是表示本发明第4实施例中的由第1摄像头拍摄到的图像以及该图像二值化后的一例的图。

图9是表示本发明第5实施例的焊接测量系统的整体构成的图。

图10是从上方观察本发明第5实施例中的焊接测量系统的图。

图11是表示本发明第6实施例的焊接测量系统的整体构成图。

图12是从上方观察本发明第6实施例中的焊接测量系统的图。

图13是表示本发明第6实施例中的由第2摄像头拍摄到的图像以及该图像二值化后的一例的图。

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明的实施方式。此外，各图中，针对同等要素标注同一附图标记，并适当省略重复说明。

实施例1

图1是表示本发明第1实施例中的焊接作业测量系统的整体构成的图。焊接作业设想为向上立焊。试验片在图中未记载，但设为V形坡口。另外，焊接设为火花多的MAG焊接。

图1中，101表示控制部，102表示焊接现象测量部，103表示测量部驱动部，104表示焊接员，105表示遮光面，106表示焊接焊炬，107表示焊接对象物，108表示半自动焊接电源。控制部101例如是计算机，具有：运算处理装置(例如CPU)；储存有供该运算处理装置执行的程序和数据的储存装置(例如ROM、RAM等半导体存储器和HDD等磁性储存装置，相当于后述“储存部”)；和显示运算处理装置的运算结果的显示装置(例如显示器、触摸面板)。

控制部101由获取从焊接现象测量部2得到的信息并适当进行计算的焊接现象计算部110、基于焊接现象计算部110的信息来计算并控制测量部驱动部103的控制的测量部驱动控制部120、和基于焊接现象计算部110的信息来评价焊接质量和焊接作业的焊接作业评价部130构成。这些处理在处理用的计算机内执行。

焊接现象计算部110由获取焊接现象的获取部111、和基于得到的焊接现象来适当计算熔池161的形状和面积等信息的计算部112构成。

测量部驱动控制部120由驱动计算部121和数据库122构成。使用后述的流程图详细说明驱动计算部121。

焊接作业评价部130由储存有基于焊接现象计算部110的信息来计算焊接作业和焊接质量的数据的数据库131、将实际的焊接现象与数据库131内储存的焊接现象进行比较的比较部132、和根据比较部132的比较结果来评价焊接作业的评价部133构成。

另外，也可以构成为，包括数据库补全部134，其针对数据库131内没有记载的焊接现象，从现有的数据库131将数据内插。另外，也可以构成为，包括对由评价部133评价的结果进行显示的显示部135。显示部135可以构成为，通过将控制部101与数字焊接电源连接而显示焊接中的电流和电压值。

关于比较部132和评价部133，优选为能够对熔池161的辉度、纵长、横长、面积、圆形度、纵横比等项目进行提取、评价、显示。本实施例中，由于从焊接现象测量部102至焊接位置的距离是固定的，所以能够以高于以往的精度来比较焊接现象。

另外，比较部132也可以构成为，无需参照记录焊接现象的数据库131，从多个熟练的焊接作业者的焊接现象通过机械学习来计算理想的焊接现象。

显示部135可以构成为，使用显示器相对于处于焊接作业空间外的人员显示信息，也可以构成为，在遮光面105中使用小型显示器等显示信息，逐一将焊接信息向焊接员104反馈。

实际作业中，测量作业者即焊接员104对焊接对象物107进行焊接时的焊炬106的移动。焊接现象测量部102配置于焊接员104以及焊接对象物107的周围。焊接现象测量部102设为能够在摄像头轨道150上移动。摄像头轨道150与焊接对象物107的焊接线107a平行配设。

作为焊接现象测量部102，例如能够举出CMOS摄像头和高速摄像头等。为了获取焊接现象，优选为恰当使用将光整体过滤的过滤片和将波长过滤的短通过滤器、长通过滤器、带通过滤器等。作为过滤器，能够考虑例如使用900nm～1000nm附近的波长。另外，优选使用保护玻璃而成为难以受到烟尘和火花162伤害的状态。

焊接现象测量部102除了摄像头以外也可以具有两种以上的测量装置。作为其他的测量装置，例如能够举出热感摄像头等。另外，也可以通过多个摄像头来测定。此时可以包括运用立体摄像头的原理等进行三维化的方法。

测量部驱动部103追随于焊接员104的动作来驱动焊接现象测量部102。优选为能够与焊接线107a平行驱动的机构。由于本实施例中为向上立焊，所以测量部驱动部103也是以从下向上移动的方式构成的。在焊接线107a具有R部的情况下，优选为同样在摄像头轨道150上也设置同样的R部。通过将摄像头轨道150与焊接线107a平行配设，即使焊炬106移动，也能够一边将从焊接现象测量部102至焊接位置的距离和焊接现象测量部102的对于焊接位置的角度等拍摄环境保持为固定，一边拍摄焊接现象。

测量部驱动部103优选为，具有通过将自身的移动速度等适当发送至控制部1而求出焊接速度等的功能。该情况下，控制部1可以基于得到的焊接速度来进行焊接作业和焊接质量的评价。

图2是表示控制部101的处理的流程图。以下，按照实际的焊接作业的一系列评价来说明流程图。

当测量部驱动部103的控制时，虽然基于焊接现象测量部的信息来进行控制，但对于焊接现象，除了会测量到焊炬106和焊丝以及在焊炬106和焊丝前端产生的电弧160的移动之外，还会测量到火花162、烟尘和由电弧光照亮的坡口端部等。因此，重要的是，在将这些信息排除的同时，以焊炬106以及在焊炬前端发生的电弧160为目标来驱动焊接现象测量部102。

本次流程图说明的计算是这些现象的发生尤其多的情况下的处理，对于不怎么产生火花162的TIG焊接等，也可以适当省略。为了维持实时性，优选为省略掉不用也行的处理。

步骤S101中，随着作业开始，焊接现象的获取以及驱动部的控制也开始。该处理可以在焊接作业稍微之前进行，也可以构成为，以电弧点火时的信号为契机自动开始测量。

步骤S102中，进行使用辉度的阈值将获取到的图像二值化的处理。该处理用于识别电弧160、焊炬106和焊丝，同时尽可能去除坡口、烟尘和熔池161等其他信息。大多数情况下，坡口和烟尘的辉度比电弧光小，但是在难以区分的情况下，也可以将阈值设为较低的值，在后述的步骤中进行识别区分。另外，在照亮的情况下几乎都会有火花62，由此在此不区分。阈值由于会根据过滤器的类型、摄像头的光圈、电流等变化，所以优选为具有可设定的功能。

步骤S103中，进行从二值化后的图像中基于图像位置、纵长、横长、面积、圆形度、纵横比使用阈值排除的处理。该处理的执行用于排除火花162和在步骤S102中没有被区分出的坡口等。

步骤S104是如下步骤：针对由步骤S102和步骤S103计算出的辉度、和二值化后的纵长、图像位置、横长、面积、圆形度、纵横比，对过去和现在进行比较，并基于变化而进行去除。例如通常在大多情况下火花162的移动速度大于焊炬106的移动速度，由此也能够想到通过与过去的速度进行比较而排除的方法。

步骤S105中，是基于由步骤S102～S104处理后的数据进行控制的方法。其能够举出使用保留下来的坐标信息的平均值和重心等。在重心变化的情况下以使重心为固定的方式控制测量部驱动部103。

步骤S106中，判断是否结束焊接现象的获取。在判断结果为否的情况下，继续循环处理步骤S102～S106直到焊接现象测量结束。在判断结果为是的情况，向接下来的步骤前进。

步骤S107中，结束焊接现象的获取。

针对上述流程中的各种项目的处理的适用和阈值，优选为能够在系统中简单设定。另外，关于测量部驱动部103的控制，优选是能够调整上限速度、上限加速度、和如增益那样的感度的参数。

本实施例中，焊接动作测量系统在手工电弧焊中测量焊接员的动作，该焊接动作测量系统具有：与焊接线107a平行配设的摄像头轨道150；能够在摄像头轨道150上移动的摄像头102；驱动摄像头102的摄像头驱动装置103；和计算机101，其基于由摄像头102拍摄到的图像来计算电弧160的位置，并以使摄像头102追随电弧160的位置来移动的方式控制摄像头驱动装置103。

根据以上那样构成的本实施例的焊接测量系统，能够一边将摄像头102的离熔池161的距离以及对于熔池161的角度保持为固定，一边拍摄焊接现象。由此，在焊炬106的移动速度不规则变化的手工电弧焊中，能够有规律地拍摄焊接现象。

另外，本实施例中的计算机101基于由摄像头102拍摄到的图像来计算表示熔池161的物理量(辉度、纵长、横长、面积、圆形度、纵横比等)，并将表示熔池161的物理量与由摄像头102拍摄到的图像一同显示。由此，能够在确认焊接现象的同时，定量掌握熔池161的状态。

另外，本实施例中的计算机101基于表示熔池161的物理量是否收敛在基准值内而判断焊接质量是否合格。由此，能够进行焊接质量的管理。

实施例2

以与第1实施例的差异点为中心来说明本发明第2实施例的焊接动作测量系统。

图3是表示本实施例的焊接测量系统的整体构成的图。本实施例的焊接测量系统在第1实施例的焊接测量系统(图1所示)中追加了获取焊炬106动作的功能。

本实施例中，对于焊炬106的测量使用了标记式动作捕捉器，但也能够考虑采用其他方式。例如，使用加速度·角速度·地磁测量装置、全球测位系统(GPS：GlobalPositioning System)、室内全球测位系统(室内GPS)、测量部驱动部103的速度等。另外，也可以将这些方式中的两个以上组合。根据精度的观点优选为标记式动作捕捉器。

对于焊炬106设置有标记170。在焊接员104以及焊接对象物107的周围配置有标记测量用摄像头180～182。标记测量用摄像头180～182能够以避开电弧焊接时的光波长的方式设定350nm～11μm的光波长，对标记170进行照射。为了避开电弧160的光，优选使用550nm以上的波长。本实施例中设为照射850nm的光。

标记测量用摄像头180～182与控制部101连接，基于测量到的标记170的信息来计算焊炬106的速度、焊炬高度、摆动周期和幅度、焊炬角度等。

此外，标记也可以针对焊接员104、遮光面105等追加设置。另外，在如TIG焊接那样地从焊炬106以外的部位供给焊条的情况下，也可以针对焊条(未图示)追加设置标记。通过针对焊接员104或遮光面105或焊条设置标记，还能够获得焊接员104的身体位置和头部位置或焊条的供给量和角度等信息。

由标记测量用摄像头180～182得到的信息向焊炬动作计算部140发送。焊炬动作计算部140计算焊炬动作，并向焊接作业评价部130的比较部132发送。

比较部132以及评价部133在上述的熔池161的信息的基础上，还对焊炬动作计算部140的信息进行参照和评价。通过执行这些处理，能够将焊炬动作和焊接现象建立关联，能够显著提高手工焊的评价效果。以往需要稳定拍摄熔池161并详细测量焊炬动作，是无法实现上述效果的。

本实施例的焊接测量系统具有测量焊炬动作的焊炬动作测量装置180～182，计算机101基于焊炬动作测量装置180～182的测量结果来计算表示所述焊炬动作的物理量。

另外，焊炬动作测量装置180～182是拍摄焊炬106的摄像头，计算机101通过标记式动作捕捉器计算表示所述焊炬动作的物理量。

另外，本实施例中的计算机101将表示所述焊炬动作的物理量与由摄像头102拍摄到的图像以及表示熔池161的物理量一同显示。

根据本实施例的焊接测量系统，在焊炬106速度会变化的手工焊中，能够有规律地拍摄焊接现象，并且通过测量焊炬动作，能够提供焊接现象变化情况的原因和可以如何变更动作等的信息。

实施例3

以与第1实施例的差异点为中心来说明本发明第3实施例的焊接动作测量系统。

图4是表示本实施例中的控制部101的处理的流程图。以下，按照实际的焊接作业的一系列评价来说明流程图。

步骤S111～S117与第1实施例的步骤S101～S107(图2所示)相同。

步骤S118中，进行焊接现象的图像转换和各种计算。作为在此进行的计算，优选为能够如上述那样地对熔池161的辉度、纵长、横长、面积、圆形度、纵横比等项目进行提取、评价、显示。本实施例中，由于从焊接现象测量部2至焊接位置的距离是固定的，所以能够进行在以往无法进行的比较。

另外，作为转换图像的方法，能够举出如下方法：由多个摄像头构成焊接现象测量部102，根据从不同角度拍摄到的多个图像转换为接近焊接员104视野的图像。

针对焊炬106设置的惯性传感器114能够测量焊炬106的3轴加速度以及3轴角速度(焊炬动作数据)。此外，焊炬动作数据除了通过上述的惯性传感器114等加速度·角速度·地磁测量装置进行测量以外，也可以通过全球测位系统、室内全球测位系统、立体摄像头等进行测量。

步骤S119中，评价焊接员104的动作。将过去获取到的焊接现象数据、和最佳的焊接现象数据预先储存于数据库131，与由焊接现象测量部102新测量的焊接现象数据进行比较，由此评价焊接员104的动作。另外，关于焊炬动作，也可以为，将最佳的焊炬动作数据预先储存于数据库131，与新测量的焊炬动作数据进行比较，由此评价焊接员104的动作。由此，能够提示应该怎样改善动作的建议。

本实施例中的计算机101将由摄像头102拍摄到的图像的视点转换为焊接员104的视点来显示。

通过将本实施例的焊接动作测量系统运用于培训系统和质量管理，则能够提供如下焊接动作测量系统，其能够高效实施技能传承，提高制造生产质量，有助于降低不良率。

实施例4

图5以及图6是表示本发明第4实施例中的焊接作业测量系统的整体构成的图。焊接作业设想为朝下焊接。试验片在图中未记载，但设为V形坡口。

图5中，1表示控制部，2a表示摄像头，3a表示摄像头驱动部，4表示焊接员，5表示作业台，6表示遮光面，7表示焊接焊炬，8表示焊接对象物，9表示焊接电源。控制部1例如是如下计算机，其具有：运算处理装置(例如CPU)；储存有供该运算处理装置执行的程序和数据的储存装置(例如ROM、RAM等半导体存储器和HDD等磁性储存装置，相当于后述“储存部”)；和显示运算处理装置的运算结果的显示装置(例如显示器、触摸面板)。

控制部1由对由摄像头2a拍摄到的图像进行处理的图像处理部10、控制摄像头驱动装置3a的驱动控制部20、将由图像处理部10处理后的数据储存的储存部30、和储存后述的控制参数的数据库40构成。

图像处理部10具有获取由摄像头2a拍摄到的图像等信息的获取部11、和将获取部11获取的图像二值化的二值化部12。例如在构成图像的各像素(pixel)的辉度为规定阈值以上的情况下将该像素设为白色，在不足阈值的情况下设为黑色，由此进行图像的二值化。该处理的执行用于从摄像头2a拍摄到的图像中去除电弧的位置以及形状以外的信息。辉度的阈值为控制参数之一，根据过滤器的类型、摄像头的光圈，电弧电流等设定。

驱动控制部20计算二值化后的图像的白色部分(光源)的重心位置，并计算该重心位置与拍摄框内的规定位置(例如中心位置)之间的差量，以使该差量变小的方式决定摄像头2a的目标速度，将与该目标速度相应的控制信号向摄像头驱动装置3a输出。也就是说，驱动控制部20根据由获取部11获取的图像计算光源的重心，以使该光源的重心持续显示于该图像内的规定区域内(停留于该重心的位置处于规定区域内的变位)的方式进行摄像头2a的驱动控制(例如移动控制)。

数据库40储存与焊接测量系统的控制相关的参数(控制参数)。控制参数中包括拍摄框内的规定位置、最大追随速度、追随增益(比例系数)、辉度阈值等。

界面50由显示部51和输入部52构成。显示部51显示由摄像头2a获取的图像、摄像头2a的位置以及移动速度等。另外，根据需要，也可以显示从焊接电源9输出的焊接中的参数(电流值、电压值、焊丝供给速度等)、和数据库40内储存的控制参数。显示部51可以构成为，使用显示器相对于处于焊接作业空间外的人员显示信息，也可以构成为，在遮光面6中使用小型显示器等显示信息，逐一将焊接信息向焊接员4反馈。输入部52是供系统管理者和焊接员4进行本系统的起动以及停止、和数据库40内储存的控制参数的输入的部位。

本系统在实际的焊接作业中，通过摄像头2a来拍摄当作业者即焊接员4焊接固定于作业台5的焊接对象物8时产生的电弧。摄像头2a配置于焊接员4以及焊接对象物8的周围。摄像头2a设为能够在摄像头轨道60上移动。摄像头轨道60沿着焊接对象物8的焊接线8a配设。

作为摄像头2a的具体例，例如能够举出CMOS摄像头、高速摄像头、热感摄像头等。另外，为了获取焊接现象，优选适当使用将光整体过滤的过滤片和将波长过滤的短通过滤器、长通过滤器、带通过滤器等。作为过滤器，能够考虑例如使用900nm～1000nm附近的波长。另外，优选为，使用保护玻璃而成为难以受到烟尘和火花162的伤害的状态。另外，摄像头2a不限于1台，也可以设置多个。此时可以使用立体摄像头的原理等将图像三维化。

摄像头驱动装置3a追随电弧的移动来驱动摄像头2a。更具体地，驱动控制部20通过图像处理部10来监视摄像头2a的拍摄图像(例如由二值化部12执行二值化后的图像)，检测该图像中的光源重心的位置变化。并且，驱动控制部20以使该图像中的光源重心的位置向变化前的位置恢复的方式计算摄像头2a的驱动条件(例如移动方向、移动速度、移动目标位置等)。驱动控制部20将这些内容向摄像头驱动装置3a输出，摄像头驱动装置3a基于这些内容使摄像头2a在摄像头轨道60上移动。驱动控制部20以及摄像头驱动装置3a在焊接作业中实时进行该动作。由此，摄像头2a以追随电弧的移动的方式在摄像头轨道60上移动。

例如，摄像头轨道60构成为，即使在焊接作业进展的情况下，通过使摄像头2a移动也能够持续拍摄电弧(持续进入视场角内)。例如，本实施例中，由于设想焊接线8a为直线状，所以作为摄像头轨道60，以使直线状的轨道与该焊接线8a平行的方式配置。因此，本实施例中采用能够与焊接线8a平行驱动的机构，但可以不一定平行。

例如，摄像头轨道60无需具有严密为直线状的形状，另外，不需要与焊接线8a严密平行配置。例如，摄像头轨道60可以稍微弯曲，也可以配置为，相对于焊接线8a稍微带着角度。另外，在设想了焊接线8a具有弯折部分(例如成为曲线的部分和折曲的部分)的情况下，摄像头轨道60可以具有如下部分，其具备与弯折相符的部分。例如，在焊接线8a具有R部的情况下，优选为同样地在摄像头轨道60上也设有同样的R部。换言之，摄像头轨道60只要沿着焊接线8a配置即可。

此外，在将摄像头轨道60与焊接线8a平行配设的情况下，即使焊炬7移动，也能够一边将从摄像头2a至焊接位置的距离和摄像头2a的对于焊接位置的角度等拍摄环境保持为固定，一边拍摄焊接现象。

摄像头驱动装置3a优选为具有将摄像头2a的驱动条件、例如移动速度适当向控制部1发送的功能。在该情况下，控制部1基于摄像头2a的移动速度来计算焊接速度，由此能够进行焊接作业和焊接质量的评价。

图7是表示控制部1的处理的流程图。该流程的开始可以收到焊接员4或其他作业者的指令来执行，也可以检测到电弧点火时的电流值的上升而自动执行。此外，本实施例中说明如下情况：在开始该流程之前，通过焊接员4以使焊接开始点收在视场角内的方式调整摄像头2a的位置以及角度，且通过摄像头2a起动而开始控制部1的动作。

控制部1首先获取由摄像头2a拍摄到的图像(步骤S1)。

接着步骤S1，使用辉度的阈值将由步骤S1获取的图像二值化(步骤S2)。图8表示由摄像头2a拍摄到的图像以及该图像二值化后的一例。二值化前的图像中，能够分别识别喷嘴、熔池、焊丝、电弧，相对于此，在二值化后的图像中，辉度为阈值以上的部分(电弧)由白色表示，辉度不足阈值的部分(电弧以外)由黑色表示。摄像头2a的速度被控制为，电弧能够在图中由虚线所示的追随用框内被拍摄到。

接着步骤S2，判断在摄像头2a的视场角内是否具有光源(电弧)(步骤S3)。

在步骤S3中判断为是(在视场角内具有光源)的情况下，计算光源的重心位置，设定包括重心位置的规定区域，将该区域定为成为用于留住光源重心的目标的区域(以下称为追随用框)(步骤S4)。然后，以使光源的重心位置与追随用框内的规定位置(例如中心位置)之间的差量变小的方式决定摄像头2a的移动条件，例如目标速度(步骤S5)。由此能够将电弧捕捉至追随用框内。

在步骤S3中判断为否(在视场角内没有光源)的情况下，将摄像头2a的目标速度设定为零(步骤S6)。换言之，控制部1在获取到的图像内从一开始就没有光源的情况下、在存在于图像内的光源消失的情况下或者在判断为存在于图像内的光源移动至视场角外的情况下，将摄像头2a设为静止状态或者使摄像头2a的移动停止。另一方面，本实施例中，控制部1即使在判断为光源未处于视场角内的情况下，也继续执行基于摄像头2a的拍摄动作。由此，在焊接作业中断而电弧消失的情况下，能够在摄像头2a静止的状态下继续拍摄。

接着步骤S5或步骤S6，将与摄像头2a的目标速度相应的控制信号向摄像头驱动装置3a输出(步骤S7)。

接着步骤S7，使由步骤S1获取到的图像以及与焊接作业关联的附带信息(电流、电压、声音、时间、摄像头位置等)储存于储存装置30(步骤S8)，向步骤S1返回。此外，该流程的结束可以在焊接作业结束的判断的稍微之后执行，也可以在检测到电弧消失时的电流值的减少并经过规定时间之后自动执行。

另外，控制部1反复执行上述的流程(例如图7所示的流程)直到判断为焊接作业结束。例如，手工焊接作业中有时会发生焊接作业的中断和恢复。该情况下，本实施例中，持续拍摄该焊接中断的位置(光源的消失位置)(也就是说继续进行步骤S1以及S2的图像处理)，当再次检测到光源的情况下，在该焊接中断的位置处，恢复步骤S4的重心位置计算和追随框的设定以及步骤5以后的摄像头移动等。

另外，例如控制部1通过检测由焊接员4使摄像头2a的动作结束的处理(例如将电源设为OFF等)，则能够判断为焊接作业结束。该情况下，控制部1在该判断之后，结束摄像头驱动的动作。

(总结)

本实施例中，在测量手工电弧焊中的焊接现象的焊接测量系统中，具有：沿着焊接线8a配设的第1摄像头轨道60；能够在第1摄像头轨道60上移动的第1摄像头2a；驱动第1摄像头2a的第1摄像头驱动装置3a；和计算机1，其检测由第1摄像头2a拍摄到的图像内的电弧的位置，并控制第1摄像头驱动装置3a，使得第1摄像头2a以该电弧的位置持续显示于由第1摄像头2a拍摄到的图像的规定区域内这样的速度移动。

根据以上构成的本实施例，在焊炬7的移动速度不规则变化的手工电弧焊中，能够将电弧捕捉至由第1摄像头2a拍摄到的图像的规定区域内，由此能够有规律地拍摄焊接现象。

另外，本实施例中的计算机1检测由第1摄像头2a拍摄到的图像内的具有规定阈值以上的辉度的部分的重心位置，并将该重心位置计算为所述电弧的位置。由此，能够基于由第1摄像头2a拍摄到的图像的辉度来检测电弧的位置。

另外，本实施例中的计算机1针对由第1摄像头2a拍摄到的图像根据辉度是否为阈值以上而进行二值化，将具有所述阈值以上的辉度的图像部分的重心位置计算为所述电弧的位置。由此，能够以短时间检测电弧的位置，由此能够提高第1摄像头2a的对于电弧的追随性。

另外，本实施例中的焊接测量系统还具有将由第1摄像头2a拍摄到的图像储存的储存装置30。由此，能够将由第1摄像头2a拍摄到的图像运用于各种用途。

另外，本实施例中的计算机1使焊接现象的附带信息与由第1摄像头2a拍摄到的图像一起储存于所述储存装置。由此，能够与由第1摄像头2a拍摄到的图像配合着确认焊接现象的附带信息。

另外，本实施例中的计算机1在电弧消失的情况下，控制摄像头驱动装置3a以使摄像头2a的移动停止，并且继续获取由摄像头2a拍摄到的图像。另外，本实施例中的焊接测量方法在测量手工电弧焊中的焊接现象的焊接测量方法中具有如下工序：在开始焊接之前以使焊接开始点收在摄像头2a的视场角内的方式调整摄像头2a的位置的工序；在开始焊接之前开始摄像头2a的拍摄的工序；在开始焊接之后以使由摄像头2a拍摄到的图像内的电弧的位置持续显示于所述图像内的规定区域内的方式移动摄像头2a的工序；和在所述电弧消失的情况下使摄像头2a的移动停止并且继续进行摄像头2a的拍摄的工序。由此，在焊接作业中断的情况下，能够从焊接作业的恢复紧后就测量焊接现象。

此外，本实施例中的基于控制部1的摄像头驱动装置3a以及第1摄像头2a的控制样态、例如拍摄图像的二值化处理、基于检测辉度的重心执行的电弧位置的检测、追随用框的设定以及基于此的移动速度等的移动条件的调节、停止中的拍摄控制和其控制流程(图7)等也能够针对其他实施例、例如实施例1至3适用。

实施例5

以与第4实施例的差异点为中心来说明本发明第5实施例。

图9是表示本实施例中的焊接测量系统的整体构成的图，图10是从上方观察该焊接测量系统的图。

第4实施例中，以使摄像头2a的移动线60a与焊接线8a成同一直线的方式配置摄像头轨道60，相对于此，本实施例中，以使摄像头2a的移动线60a与焊接线8a平行且使移动线60a与焊接线8a相比靠近焊接员4的方式配置。

在以上构成的本实施例中，也能够获得与第1实施例同样的效果。另外，通过变更摄像头轨道60的配置，能够以不会与焊接员4的手和工具干涉的角度来进行电弧状态等的拍摄。

实施例6

以与第4实施例的差异点为中心来说明本发明第6实施例。

图11是表示本实施例中的焊接测量系统的整体构成的图，图12是从上方观察该焊接测量系统的图。

本实施例中的焊接测量系统还具有第2摄像头2b、第2摄像头轨道61和第2摄像头驱动装置3b。第2摄像头轨道61隔着作业台5配置于第1摄像头轨道60的相反侧，且以使第2摄像头2b的移动线61a和焊接线8a成同一直线的方式配置。

本实施例中，第1摄像头2a从焊接作业所进行的方向上的后方，同时拍摄焊接完成的焊接线8a和焊接作业。另一方面，第2摄像头2b从在该焊接作业所进行的方向上的前方，同时拍摄未焊接的焊接线8a和焊接作业。与第2摄像头驱动装置3b的控制有关的控制部1的处理是跟与第1摄像头驱动装置3a的控制有关的控制部1的处理(图7所示)同样的，由此省略说明。

本实施例中，两个摄像头轨道(第1摄像头轨道60以及第2摄像头轨道61)配置为，分别沿着焊接线8a且隔着焊接线8a。在第1摄像头轨道60以及第2摄像头轨道61上分别设有两个摄像头(第1摄像头2a以及第2摄像头2b)，使得相互能够以隔着焊接线8a相对的视场角来拍摄焊接线8a。另外，本实施例中，第1摄像头2a以及第2摄像头2b以彼此联动(本实施例中以同样的方向以及速度)移动的方式被驱动控制。

图13表示由第2摄像头2b拍摄到的图像以及该图像二值化后的一例。控制部1将由第2摄像头2b拍摄到的图像二值化并计算光源的重心位置，控制第2摄像头驱动装置3b，使得第2摄像头2b以使光源(电弧)的重心位置与图像内的规定位置之间的差量变小的方式移动。此外，图8表示由第1摄像头2a拍摄到的图像以及该图像二值化后的一例。

(总结)

本实施例中的焊接测量系统还具有：沿着焊接线8a配设的第2摄像头轨道61；能够在第2摄像头轨道61上移动的第2摄像头2b；和驱动第2摄像头2b的第2摄像头驱动装置3b，计算机1检测由第2摄像头2b拍摄到的图像内的电弧的位置，并控制第2摄像头驱动装置3b，使得第2摄像头2b以所述电弧持续显示于由第2摄像头2b拍摄到的图像的规定区域内这样的速度移动。

根据以上构成的本实施例，在焊炬的移动速度不规则变化的手工电弧焊中，能够从多个方向有规律地拍摄焊接现象。

另外，本实施例中的第1摄像头轨道60以及第2摄像头轨道61以使第1摄像头2a的移动线60a和第2摄像头2b的移动线61a与焊接线8a成为同一直线的方式分别隔着焊接线8a配置。由此，无论焊接员4是右撇子还是左撇子，都能够拍摄焊接前的状态和焊接后的状态的双方。

以上，详细说明了本发明的实施例，本发明不限于上述实施例，包含各种变形例。例如上述实施例为了容易理解本发明而进行了详细说明，但并非限定于必须具有所说明的全部构成。另外，能够向某一实施例的构成中加入其他实施例的构成的一部分，也能够将某一实施例的构成的一部分删除，或者与其他实施例的一部分置换。

附图标记说明

1…控制部(计算机)，2a…摄像头(第1摄像头)，2b…第2摄像头，3a…摄像头驱动装置(第1摄像头驱动装置)，3b…第2摄像头驱动装置，4…焊接员，5…作业台，6…遮光面，7…焊炬，8…焊接对象物，8a…焊接线，9…焊接电源，10…图像处理部，11…获取部，12…二值化部，20…驱动控制部，30…储存部(储存装置)，40…数据库，50…界面，51…显示部，52…输入部，60…摄像头轨道(第1摄像头轨道)，60a…移动线，61…第2摄像头轨道，61a…移动线，101…控制部(计算机)，102…焊接现象测量部(摄像头)，103…测量部驱动部(摄像头驱动装置)，104…焊接员，105…遮光面，106…焊炬，107…焊接对象物，108…半自动焊接电源，110…焊接现象计算部，111…获取部，112…计算部，114…惯性传感器，120…测量部驱动控制部，121…驱动计算部，122…数据库，130…焊接作业评价部，131…数据库，132…比较部，133…评价部，134…数据库补全部，135…显示部，140…焊炬动作计算部，150…摄像头轨道，160…电弧，161…熔池，162…火花，170…标记，180～182…标记测量用摄像头(焊炬动作测量装置)。

Claims (9)

1.一种焊接测量系统，其测量手工电弧焊中的焊接现象，所述焊接测量系统的特征在于，具有：

沿着焊接线配设的第1摄像头轨道；

能够在所述第1摄像头轨道上移动的第1摄像头；

驱动所述第1摄像头的第1摄像头驱动装置；和

计算机，其检测由所述第1摄像头拍摄到的图像内的电弧的位置，并控制所述第1摄像头驱动装置，使得所述第1摄像头以所述电弧的位置持续显示于由所述第1摄像头拍摄到的图像的规定区域内这样的速度移动。

2.根据权利要求1所述的焊接测量系统，其特征在于，

所述计算机检测由所述第1摄像头拍摄到的图像内的具有规定阈值以上的辉度的部分的重心位置，并将该重心位置计算为所述电弧的位置。

3.根据权利要求2所述的焊接测量系统，其特征在于，

所述计算机针对由所述第1摄像头拍摄到的图像根据辉度是否为阈值以上而进行二值化，将具有所述阈值以上的辉度的图像部分的重心位置计算为所述电弧的位置。

4.根据权利要求1所述的焊接测量系统，其特征在于，

还具有将由所述第1摄像头拍摄到的图像储存的储存装置。

5.根据权利要求4所述的焊接测量系统，其特征在于，

所述计算机使焊接现象的附带信息与由所述第1摄像头拍摄到的图像一起储存于所述储存装置。

6.根据权利要求1所述的焊接测量系统，其特征在于，还具有：

沿着焊接线配设的第2摄像头轨道；

能够在所述第2摄像头轨道上移动的第2摄像头；和

驱动所述第2摄像头的第2摄像头驱动装置，

所述计算机检测由所述第2摄像头拍摄到的图像内的电弧的位置，并驱动所述第2摄像头驱动装置，使得所述第2摄像头以所述电弧的位置持续显示于由所述第2摄像头拍摄到的图像的规定区域内的方式移动。

7.根据权利要求6所述的焊接测量系统，其特征在于，

所述第1摄像头轨道以及所述第2摄像头轨道分别隔着所述焊接线配置，使得所述第1摄像头的移动线、所述第2摄像头的移动线和所述焊接线成为同一直线。

8.根据权利要求1所述的焊接测量系统，其特征在于，

所述计算机在所述电弧消失的情况下，控制所述第1摄像头驱动装置以使所述第1摄像头的移动停止，并且继续获取由所述第1摄像头拍摄到的图像。

9.一种焊接测量方法，其使摄像头移动来测量手工电弧焊中的焊接现象，所述焊接测量方法的特征在于，具有如下工序：

在开始焊接之前以使焊接开始点收在所述摄像头的视场角内的方式调整所述摄像头的位置的工序；

在开始焊接之前开始所述摄像头的拍摄的工序；

在开始焊接之后以使由所述摄像头拍摄到的图像内的电弧的位置持续显示于所述图像的规定区域内的方式移动所述摄像头的工序；和

在所述电弧消失的情况下停止所述摄像头的移动并且继续进行所述摄像头的拍摄的工序。

Images