JP2000246440A - 溶接状況遠隔監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、溶接中にアーク光，溶融プール，開
先壁及び溶接トーチ等アーク発生部近傍の鮮明な画像情
報を得る溶接状況の監視装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】レーザ光のみを透過する波長半値幅の狭い
干渉フィルタを装備した二次元受光手段で溶接部を撮影
しモニタＴＶに出力表示するように成したことにより、
単色性が良いレーザ光を照射していることから、透過波
長半値幅の小さい干渉フィルタを使用できるため、アー
ク光や溶融プール像を相対的に弱めて観測できるため、
溶接状況を良好にモニタ表示することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接中にアーク
光，溶融プール，開先壁及び溶接トーチ等アーク発生部
近傍の鮮明な画像情報を得る溶接状況監視装置に関わ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の溶接状況遠隔監視装置で
は、特開平8-150475号公報，特開平8−25040号公報によ
り知られている。

【０００３】このうち、特開平8−150475 号公報は、溶
融池，アーク，開先の状態を鮮明に撮像するため６００
〜８００ｎｍを中心波長として、１００ｎｍ以下の範囲
の幅の波長を投下する干渉フィルタをＣＣＤカメラの前
面に配置し、シャッタースピードを選択して切り替えら
れる制御装置により、前述したそれぞれの各対象に合わ
せた最適なシャッタースピードによって撮像したアー
ク，溶融池，開先内情報とを画像処理装置に設定された
画面のマスク位置をそれぞれ合成して、モニタ出力する
ことで鮮明な画像を表示して、開先線倣いを含めた溶接
条件制御を行う方法が示されている。

【０００４】特開平8−25040号公報は、溶接部を照射す
る赤外光発生手段，赤外光のみを透過する赤外光透過フ
ィルタを装備し溶接部を撮影する監視カメラ、及び監視
カメラから出力される映像信号を出力するモニタを備え
溶接状態を監視する方法が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】溶接作業において、溶
接トーチが取り付けられる走行台車の走行ラインと溶接
すべき開先ラインがずれている場合、接合すべき位置か
らずれた位置で溶接が行われるため問題である。また、
多層盛溶接等の多パス多層盛溶接の場合、溶接ビードの
パス数が多いことから溶接による熱ひずみ等により溶接
ワークが変形する。このため、品質の良い溶接ビードを
得るためには、溶接ワークのセッテングがずれている場
合や溶接によりワークが熱変形した時でも溶接すべき位
置を正確に計測し、これに溶接電極を正しく倣わせて溶
接を行わなくてはならない。

【０００６】これを実現するために、溶接作業者が開先
面をＣＣＤカメラ等で遠隔監視しながら溶接状況を判断
し手作業で溶接電極位置を修正しながら溶接を行う方法
が用いられている。このためには、溶接中のアーク光，
溶融池，周辺の開先部や溶接トーチを鮮明にモニタリン
グする必要がある。

【０００７】溶接時のアーク発生部近傍でのアーク光，
溶融池，周辺の開先部，溶接トーチの明るさの差は極度
に大きい。このため、最も照度が高いアーク光が鮮明に
撮像されるようにフィルタ装着及びＣＣＤカメラの絞り
調整をした場合、特に周辺の開先部，溶接トーチの画像
が極度に暗くなり、溶接状況を適切に監視できない。逆
に周辺の開先部や溶接トーチが鮮明に撮像されるように
フィルタ装着及びCCDカメラの絞り調整をした場合、ア
ーク光の画像が極度に明るくなってハレーションが生じ
て画像が不鮮明となり溶接状況を適切に監視できない。

【０００８】従来の方法の特開平8−150475 号公報は、
装置構成が複雑且つ大型になる問題がある。また。この
方法は、各対象に合わせた最適なシャッタースピードに
よって撮像したアーク，溶融池，開先内情報とを画像処
理装置に設定された画面のマスク位置をそれぞれ合成し
てモニタ出力しているため、各画像が時間的に同時性が
ない、切り出したマスク画面では一画像のみしか鮮明で
ない、及び各マスク画面が画面垂直方向で不連続な画像
となって表示される理由から、必ずしも鮮明な画像とな
らない課題がある。

【０００９】また、従来の方法の特開平8−25040号公報
は、赤外光を照射しこの際に赤外光のみを透過する赤外
光透過フィルタを装備した監視カメラで溶接部を撮影し
ているが、アーク光が非常に強い点と、ＣＣＤカメラの
分光感度特性の悪い波長範囲の特性で取り込まなければ
ならないため照射光源の利用効率が低下する点から、強
力な赤外光照射光源が必要となる問題がある。

【００１０】このため、照射する光量の増加を図るた
め、溶接部の周囲を囲うように円筒体の一部が切り欠か
れた形状を成した反射鏡を設ける方法を開示している
が、溶接中に発生するスパッタやヒューム等により反射
鏡の耐久性に課題がある。

【００１１】上記の問題を解決する手段として、溶接状
況を遠隔監視しないで予めテーチングにより溶接条件等
すべて教示しておいて溶接を実行する方法もよく採用さ
れているが、電極の走行経路に対して被溶接部材の溶接
線経路を精度良く合わせてセッテングする、あるいは溶
接による熱変形を精度良く事前に予測できる必要がある
等、この方法で溶接を行える開先形状や溶接パス数等に
制限あるといった問題があった。

【００１２】本発明の目的は、上記問題を有利に解決す
るもので、溶接中のアーク光，溶融池，周辺の開先部や
溶接トーチを鮮明にモニタリングできる溶接状況監視装
置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、溶接部近傍を照射するレーザ投光手段，
レーザ投光手段前面に配置したスリガラス等のビーム整
形板，レーザ光のみを透過する干渉フィルタを装備し溶
接部を撮影するＩＴＶ等の二次元受光手段、及び二次元
受光手段から出力される映像信号を出力するモニタＴＶ
で構成したことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施例につい
て、図１及び図２を用いて説明する。

【００１５】図１は、本発明での溶接状況遠隔監視装置
の一実施例を示す概略構成図である。図において、１は
例えばＨｅ−Ｎｅレーザ発振器等のレーザ発振器、２は
レーザ光照射ヘッド、３は光ファイバーケーブル、４は
ＩＴＶ等の二次元受光手段、５は干渉フィルタである。
６は二次元受光手段４の制御回路であり外部にアナログ
映像（画像）信号を出力する。７は映像信号を表示する
モニタＴＶ、８はスリガラス等のビーム整形板、９，１
０は被溶接部材、１１は溶接開先（以下、溶接ビードも
含む開先について開先と称す）、１２は溶接トーチ、１
２ａは溶接ワイヤ、１３は溶接トーチ先端部のアーク発
生部である。

【００１６】レーザ光照射ヘッド２は、光ファイバーケ
ーブル３から出射されるレーザ光を溶接トーチ先端部１
３に適切な広がりとなるようにレンズ系（図示せず）を
備えている。ビーム整形板８を挿入しないでレーザ光を
照射した際の反射画像をカメラで観測した際には、溶接
トーチ先端部の溶接ワークはランダムな表面凹凸形状を
成している点とレーザ光がコヒーレント（干渉性）な光
であるため、通常スペックルパターンと呼ばれる斑点模
様が観測される。

【００１７】この現象は、コヒーレントな照射光が拡散
物体によってランダムに拡散され、各点からの散乱波が
観測面の各点で重ね合わさって生じる干渉現象によるも
のである。この際にモニタＴＶ７に観測されるスペック
ルパターンの映像は、部分的にギラギラ輝く点が無数に
発生し非常に見づらいものとなる。ビーム整形板８は、
このスペックルパターンによる見づらい画像を解消する
ためのものである。

【００１８】ビーム整形板８はレーザ光照射ヘッド２に
一体的に配置すると共に、干渉フィルタ５は二次元受光
手段４に一体的に配置する。そして、レーザ光照射ヘッ
ドと二次元受光手段は溶接進行方向前方に溶接トーチ１
２と一体に取り付けられる（図示せず）。

【００１９】レーザ光の大きな特徴は、単色性が良い、
すなわち発振周波数幅が極めて狭いことにある。このた
め、溶接トーチ先端部近傍をＣＣＤカメラで観測する際
に干渉フィルタ７の透過波長半値幅を極度に小さいもの
を使用出来る利点がある。干渉フィルタ７前面に入射す
る観測軸角度が９０度（垂直入射）を中心に小さく、あ
るいは大きくなると、干渉フィルタの特性により透過中
心波長は低波長側にシフトすることが知られている。

【００２０】すなわち、ＣＣＤカメラの前面に干渉フィ
ルタを配置して観測するときには、画面中央部と周辺部
での透過中心波長が若干異なる。所望とする観測視野角
度でこの影響が出ないように考慮して、透過波長半値幅
の小さいものを使用すれば良い。透過波長半値幅の大き
さとしては、５ｎｍ以下が好ましい。透過波長半値幅が
狭い程、アーク光の明るさを相対的に弱めて観測するこ
とが可能となる。

【００２１】以上の本発明の実施例では、アーク発生部
近傍でのアーク光，溶融池，周辺の開先部の状況遠隔監
視する場合を述べた。図２は本発明の他の実施例を示す
ものである。図１と同一部品については同じ記号で示し
ている。図２の装置構成は、レーザ光照射ヘッドと二次
元受光手段を開先裏側に溶接トーチと対抗するように配
置して、溶接中の裏波状況（裏側に発生する溶融プー
ル）を遠隔監視するものである。

【００２２】以上の本発明の実施例では、照射光源にＨ
ｅ−Ｎｅレーザ発振器等のレーザ発振器を使用した場合
を述べたが、半導体レーザダイオードを使用しても良
い。

【００２３】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の溶接状況
遠隔監視装置によれば、溶接部近傍を照射するレーザ投
光手段，レーザ投光手段前面に配置したスリガラス等の
ビーム整形板，レーザ光のみを透過する波長半値幅の狭
い干渉フィルタを装備した二次元受光手段で溶接部を撮
影しているので、遠隔での溶接作業に必要とする良好な
モニタ画像を提供することができる。また、干渉フィル
タの着脱やＣＣＤカメラのシャッター速度切り替え等を
せずに、溶接前，溶接中いずれでも良好な溶接部近傍の
モニタ画像を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶接状況遠隔監視装置の一実施例を示
す概略構成図。

【図２】本発明の溶接状況遠隔監視装置の他の実施例を
示す概略構成図。

【符号の説明】

１…レーザ発振器、２…レーザ光照射ヘッド、３…光フ
ァイバーケーブル、４…二次元受光手段、５…干渉フィ
ルタ、６…制御回路、７…モニタＴＶ、８…ビーム整形
板、９，１０…被溶接部材、１１…溶接開先、１２…溶
接トーチ、１３…アーク発生部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽田 光明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 和田 武 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 玉井 康方 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 Ｆターム(参考） 5C022 AA01 AB15 AC01 AC42 AC55

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＣＣＤカメラによりアーク発生部及びその
   近傍の溶接状況を監視する装置において、溶接部近傍を
   照射するレーザ投光手段，レーザ投光手段前面に配置し
   たスリガラス等のビーム整形板，レーザ光のみを透過す
   る干渉フィルタを装備し溶接部近傍を撮影するＩＴＶ等
   の二次元受光手段、及び二次元受光手段から出力される
   映像信号を出力するモニタＴＶで構成したことを特徴と
   する溶接状況遠隔監視装置。