JP2013123743A - レーザ溶接の溶接位置検出装置および溶接位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像した画像中においてレーザの照射位置の輝度が最大であるという前提を置かずに、信頼度の高いレーザ溶接の溶接位置の検出をすること。
【解決手段】本発明のレーザ溶接の溶接位置検出装置は、溶接鋼管１に溶接用レーザを照射した照射部およびその周囲の溶接材を所定の時間間隔を隔てて撮像する撮像装置と、撮像装置により取得した２枚以上の画像から、その画像の各点が平行移動した方向および量を算出する画像処理を行うことにより、溶接用レーザを照射した照射部の位置を特定する画像処理装置と、画像処理装置によって特定された溶接用レーザを照射した照射部の位置を表示する表示装置とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接材の突合せ部（シーム部）をレーザ光を熱源として溶接するレーザ溶接の溶接位置検出装置および溶接位置検出方法に関する。

溶接鋼管の製造方法の一つとして、鋼帯等を連続的に供給して円筒状に整形しながら、その両縁を突き合わせて溶接して鋼管製品を製造する製造工程がある。この製造工程における溶接方法としては電気抵抗溶接（ＥＲＷ法）が多く用いられていたが、近年では、レーザ光を熱源として用いるレーザ溶接法が利用されるようになってきている。特に近年では、半導体励起レーザおよびファイバーレーザ等の発振波長が従来の気体発振のレーザより短いレーザ溶接機が開発されており、溶接時に蒸気化した被溶接金属とレーザの相互作用によるプラズマの発生等による効率低下が発生し難くなっているので、レーザ溶接法の利用がますます広がってきている。

ところでこのレーザ溶接方法では、レーザの照射位置が常に突合せ部に当たるよう、正確な位置合わせが必要である。しかしながら、鋼帯の連続的な整形工程では、製造ラインの条件や入熱の条件等により、鋼帯の突合せ位置が変動しやすい。よって、レーザ光の照射位置を的確に制御するために、レーザ溶接部におけるレーザの照射位置を連続的に検出する方法の開発検討が従来より行われてきた。

レーザ溶接の溶接位置検出方法としては、例えば特許文献１に示されるように、溶接部（レーザ光照射部の近傍）をテレビカメラで直接観察して、突合せ部および溶融池の中心位置を検出する方法が知られている。この特許文献１に記載の溶接位置検出方法では、溶接部に外部照明からの照明が照射して、突合せ部は暗く観察されるが溶融池は明るく観察されるように設計し、観察画像の輝度パターンを２値化して、突合せ部および溶融池の中心位置の位置を検出している。

また、特許文献２には、溶接部（レーザ光照射部の近傍）に照射した光の反射光とプラズマから発生する光とを撮像装置により撮像し、撮像された画像の中から周辺より輝度が高い部分をレーザ照射位置として判定するレーザ溶接の溶接位置検出方法が記載されている。

特公昭５５−１８４３９号公報 特開２０００−２６３２６６号公報

B.K.P.Hron, B.G. Schunck: "Determining optical flow", Artificial Intelligence , vol.17, pp.185-203,(1981）

しかしながら、溶接材の突き合わせ部は、溶接材の突き合わせ部のエッジ形状の変動やエッジ部の汚れ等により、必ずしも左右対称にはなっておらず、しかも、溶接材の表面性状により反射率も異なる。したがって、特許文献１に記載されたの溶接位置検出方法のように、観察画像の輝度パターンを２値化しただけでは、安定した溶接位置の検出は困難である。また、溶融池の形状についても、左右対称形状にはなっていないので、特許文献１に記載されたの溶接位置検出方法では十分な検出精度が得られない。

また、特許文献２に記載の方法においても、プラズマはレーザの照射位置からたちこめる金属蒸気とレーザ光の相互作用により発光するものなので、プラズマの発光位置とレーザの照射位置とが正確には一致せず、またプラズマの発光位置も一定の範囲を有する領域となる。よって、プラズマの発光位置を検出して２値化や重心演算等の画像処理を施しても、プラズマの発光位置ではレーザ照射位置の代表として精度を欠く。また、近年のレーザ溶接では、そもそもプラズマの発生量が少なくなっており、画像によるプラズマ検知が困難になっているという問題点がある。

また、上記特許文献１および特許文献２に共通するような撮像した画像の輝度算出によるレーザの照射位置の検出方法では、撮像した画像中においてレーザの照射位置の輝度が最大であるという前提が置かれているが、現実には鋼板表面の乱反射等が外乱となるので、撮像した画像中においてレーザの照射位置の輝度が最大になるとは限らない。つまり、撮像した画像中においてレーザの照射位置の輝度が最大であるという前提自体が信頼性を欠く。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、撮像した画像中においてレーザの照射位置の輝度が最大であるという前提を置かずに、信頼度の高いレーザ溶接の溶接位置の検出をすることができるレーザ溶接の溶接位置検出装置および溶接位置検出方法を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置は、溶接材に溶接用レーザを照射した照射部およびその周囲の溶接材を所定の時間間隔を隔てて撮像する撮像装置と、前記撮像装置により取得した２枚以上の画像から該画像の各点が平行移動した方向および量を算出する画像処理を行うことにより、前記溶接用レーザを照射した照射部の位置を特定する画像処理装置と、前記画像処理装置によって特定された前記溶接用レーザを照射した照射部の位置を表示する表示装置とを備えることを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ溶接の溶接位置検出方法は、溶接材に溶接用レーザを照射した照射部およびその周囲の溶接材を所定の時間間隔を隔てて撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにより取得した２枚以上の画像から該画像の各点が平行移動した方向および量を算出する画像処理を行うことにより、前記溶接用レーザを照射した照射部の位置を特定する画像処理ステップと、前記画像処理ステップによって特定された前記溶接用レーザを照射した照射部の位置を表示する表示ステップとを備えることを特徴とする。

本発明にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置および溶接位置検出方法によれば、撮像した画像中においてレーザの照射位置の輝度が最大であるという前提を置かずに、信頼度の高いレーザ溶接の溶接位置の検出をすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置を示す構成図である。 図２は、画像処理装置が行う処理を説明する機能ブロック図である。 図３は、本発明の第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出方法を示すフローチャートである。 図４は、実際の鋼管における溶接用レーザの照射部およびその周辺を撮像した画像である。 図５は、実際の鋼管における溶接用レーザの照射部およびその周辺を撮像した画像である。 図６は、図５に示される画像にオプティカルフロー分布を重ねて表示した図である。 図７は、オプティカルフロー分布の垂直成分の大きさを濃淡分布で示した概要図である。 図８は、オプティカルフロー分布の垂直成分とオプティカルフロー分布の垂直成分の全体平均とから算出された平均偏差図の概要図である。 図９は、本発明の第２実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置を示す構成図である。 図１０は、鋼管の溶接部の発光スペクトルを実測した光強度のグラフである。

以下に、本発明の実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置および溶接位置検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、溶接鋼管の製造工程における溶接の例に基づいて本発明の実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置および溶接位置検出方法を説明するが、溶接鋼管の製造工程における溶接に限らず溶接材を連続的に供給しながら突き合わせ部を溶接して製造する製造工程においては、本発明を適切に実施することが可能である。

〔第１実施形態の溶接位置検出装置〕
図１は、本発明の第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置を示す構成図である。図１に示されるように、本発明の第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置は、溶接鋼管１の突合せ部２に溶接用レーザ３を照射した照射部４およびその周囲を撮像する撮像装置５と、撮像装置５により取得された撮像信号から画像を合成して画像処理を行う画像処理装置６と、画像処理装置６によって画像処理を施された画像を表示する表示装置７とを備える。

図１に示される溶接鋼管１は、鋼板が整形手段により幅方向に凹型に整形される工程を経て、最終的に円筒形に整形された状態で鋼板の両縁がレーザ溶接されたものである。すなわち、溶接鋼管１の突合せ部２は、鋼板の両縁が突き合わされたものである。

溶接用レーザ３は、レーザ発振器から発振したレーザをミラー等を組み合わせた伝送チューブまたは光ファイバ等の伝送系で照射部４に伝送したものである。もちろん、溶接用レーザ３は、照射部４においてエネルギー密度が高まるように必要に応じて凹面鏡や凸レンズ等の光学系によって集光されることが望ましい。

撮像装置５には、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等の工業監視用カメラとして一般に流通されているカメラが用いられる。撮像装置５は、溶接用レーザ３の照射部４およびその周辺５ｍｍ乃至２０ｍｍ四方程度の範囲を撮像できるように、撮像装置５の対物レンズ等の倍率を選定して設置される。なお、説明の便宜上、撮像装置５の視野の方向は、溶接鋼管１の長手方向（搬送方向）を視野の垂直方向とし、溶接鋼管１の円周方向を視野の水平方向と定める。溶接用レーザ３の照射位置を溶接鋼管１の長手方向に移動させることがなければ、撮像装置５の垂直方向の視野は好適範囲の下限（５ｍｍ）程度でも本発明を適切に実施することが可能であるが、後述するオプティカルフロー演算のために連続する２枚の画像には視野内に同一箇所がオーバーラップして撮影されることが必要であり、好適には搬送方向の視野の半分以上がオーバーラップするように光学倍率と撮像周期を設定するのがよい。

画像処理装置６は、撮像装置５が取得した画像信号を画像化し、後述するオプティカルフロー分布を算出し、そのオプティカルフロー分布に基づいて溶接用レーザ３の照射部４の中心位置を特定する。さらに、画像処理装置６は、表示装置７に算出された照射部４の中心位置を表示するとともに、別途のレーザ照射位置駆動装置に照射部４の中心位置の情報を出力する。

〔オプティカルフロー〕
ここで、画像処理装置６が算出するオプティカルフロー分布についての説明を行う。

溶接鋼管１の突合せ部２を、視野を固定した撮像装置５で連続的に観察すると、撮像装置５の視野中の溶接鋼管１は搬送方向にほぼ一様に平行移動し、溶接用レーザ３の照射部４は、溶接鋼管１とは異なる挙動を示す。よって、溶接鋼管１の突合せ部２の画像を短い時間間隔で２枚以上撮像し、この２枚の画像を比較して平行移動した部分とそうでない部分とを識別すれば、平行移動しない部分を溶接用レーザ３の照射部４として判別することができる。

このような、平行移動した部分とそうでない部分とを識別する方法として、オプティカルフロー法が知られている（非特許文献１参照）。このオプティカルフロー法は、２枚の画像の時間的勾配または空間的勾配を数値微分することにより、その画像の各点が平行移動した方向および量を表現するベクトル（いわゆる運動ベクトル）を算出するものであり、例えばOpenCV等のプログラムにより算出方法が実装されている。

〔画像処理装置〕
以下、図２を参照して、このオプティカルフロー法を利用して溶接用レーザ３の照射部４の位置を特定する画像処理装置６について説明する。図２は、画像処理装置６が行う処理を説明する機能ブロック図である。なお、本発明の実施には、画像処理装置６の行う処理を上述例のOpenCV等を利用したソフトウェアとして実装することも、ハードウェアとして実装することも、ソフトウェアとハードウェアとを組合わせて実装することも可能である。

図２に示されるように、画像処理装置６は、画像取得手段６１、画像遅延手段６２、運動ベクトル分布算出手段６３、搬送方向成分算出手段６４、全体平均算出手段６５、差分算出手段６６、および、重心算出手段６７を備える。

画像取得手段６１は、撮像装置５が取得した画像信号を画像化するための手段である。例えば、撮像装置５から画像処理装置６へ入力される画像信号がアナログ信号であれば、画像取得手段６１は、ＡＤコンバータにより画像信号をデジタル信号に変換し、撮像装置５が撮像した画像を画像フレームに構成する。

画像遅延手段６２は、画像取得手段６１が構成した画像フレームを一時記憶するためのフレームバッファである。オプティカルフロー法は、時間間隔を隔てて撮像された２枚の画像を用いる算出方法であるので、画像遅延手段６２が、１枚の画像または２枚の画像を一時記憶することにより、時間間隔を隔てて撮像された２枚の画像を同時に処理することを可能にする。

運動ベクトル分布算出手段６３は、画像遅延手段６２に一時記憶された２枚の画像フレームに基づいて、または画像遅延手段６２に一時記憶された２枚の画像フレームと画像取得手段６１が構成した画像フレームとに基づいて、オプティカルフロー分布を算出する。すなわち、時間間隔を隔てて撮像された２枚の画像の時間的勾配または空間的勾配を数値微分することにより、画像の各点に対応したベクトルを算出する（図６参照）。このベクトルは、画像の各点が平行移動した方向および量を表現したものとなっている。なお、運動ベクトル分布算出手段６３が行うオプティカルフロー分布の算出は、画像フレームの各画素について算出してもよいが、画像フレームを適切な大きさの領域に区分けして算出することでも構わない。

搬送方向成分算出手段６４は、運動ベクトル分布算出手段６３により算出されたオプティカルフロー分布から垂直方向（溶接鋼管１の搬送方向）の成分のみを抽出する。なお、搬送方向成分算出手段６４により算出されたオプティカルフロー分布の垂直成分は、後段でも用いられるので、搬送方向成分算出手段６４は、算出したオプティカルフロー分布の垂直成分を一時記憶する機能も有する。

全体平均算出手段６５は、搬送方向成分算出手段６４により算出されたオプティカルフロー分布の垂直成分を平均化する。すなわち、全体平均算出手段６５は、搬送方向成分算出手段６４により算出された画像の各点に対応したベクトルの垂直成分を、画像の各点に関して平均し、その平均値を画像の各点に対応させる分布を算出する。この算出された平均値は、溶接鋼管１の搬送速度に相当する値となっている。

差分算出手段６６は、搬送方向成分算出手段６４により算出されたオプティカルフロー分布の垂直成分と、全体平均算出手段６５により算出された平均値とを、画像の各点毎に差分する（以下この差分により得られた画像を平均偏差図という）。すなわち、差分算出手段６６は、搬送方向成分算出手段６４により算出されたオプティカルフロー分布の垂直成分から、溶接鋼管１の搬送速度に相当する値を減ずることによって、溶接鋼管１の搬送移動とは異なる挙動をしている部分を抽出する。

重心算出手段６７は、差分算出手段６６により算出された差分値の分布から重心を算出し、溶接鋼管１の搬送移動とは異なる挙動をしている部分の代表点を特定する照射部特定手段である。すなわち、差分算出手段６６により算出された差分値がゼロとならない点は、一点とは限らず、ある程度の領域を有するので、重心算出手段６７は、この差分値で重み付けをした重心を算出することにより代表点を定める。そして、前述したように溶接鋼管１の搬送移動とは異なる挙動をしている部分が溶接用レーザ３の照射部４に該当している筈なので、重心算出手段６７に算出された代表点が、溶接用レーザ３の照射部４の中心点である。

最終的に、上記のように重心算出手段６７により算出された溶接用レーザ３の照射部４の中心点の位置情報は、表示装置７に送信されて、表示装置７の表示画面に表示される。

〔溶接位置検出方法の処理フロー〕
次に、図３を参照しながら、本発明の第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出方法について説明する。

図３は、本発明の第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出方法を示すフローチャートである。図３に示されるように、本発明の実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出方法の最初のステップとして、撮像装置５が溶接用レーザ３の照射部４の一枚目の画像（以下これを画像Ｉとする）の撮像を行う（ステップＳ１）。

そして、撮像装置５が画像Ｉを撮像した後、所定の時間間隔の待機をし（ステップＳ２）、撮像装置５が溶接用レーザ３の照射部４の二枚目の画像（以下これを画像IIとする）の撮像を行う（ステップＳ３）。

その後、画像Ｉおよび画像IIは、画像処理装置６に送信され、画像処理装置６の運動ベクトル分布算出手段６３が、画像Ｉおよび画像IIからオプティカルフロー分布を算出する（ステップＳ４）。さらに、画像処理装置６の搬送方向成分算出手段６４が、オプティカルフロー分布の垂直方向成分を算出し（ステップＳ５）、画像処理装置６の全体平均算出手段６５がオプティカルフロー分布の垂直方向成分の画像全体における平均を算出する（ステップＳ６）。そして、画像処理装置６の差分算出手段６６は、オプティカルフロー分布の垂直成分とオプティカルフロー分布の垂直成分の全体平均とから平均偏差図を算出する（ステップＳ７）。

最終的に、画像処理装置６の重心算出手段６７が平均偏差図から２次元重心を演算して、溶接用レーザ３の照射部４の中心点を特定する（ステップＳ８）。

〔実施例〕
以下、上記説明した本発明の実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出方法を実際の溶接鋼管１における溶接用レーザ３の照射部４の画像を用いて説明する。

図４および図５は、実際の溶接鋼管１における溶接用レーザ３の照射部４およびその周辺を撮像した連続した２フレームの画像である。図４および図５に示される連続した２フレームの画像の時間間隔はビデオレートと同一の１／３０秒であるが、本実施例における鋼管の同一箇所の視野内の移動量は矢印Ａで示した溶接鋼管の模様の動きから判るように搬送方向の視野に比べて十分小さくオプティカルフロー演算に必要な撮像の条件を満たしている。図４に示される画像が上記処理フローにおける画像Ｉに相当し、図５に示される画像が上記処理フローにおける画像IIに相当する。

図４および図５を比較すると解るように、矢印Ａで示した溶接鋼管１自身の模様は溶接鋼管１の搬送に沿って移動しているのに対し、矢印Ｂで示した溶接用レーザ３の照射部４の位置は移動していない。

図６は、図４および図５に示される画像から算出したオプティカルフロー分布を、図５に示される画像に重ねて表示した図である。なお、図６に示されたオプティカルフロー分布の算出において用いられた演算単位は、図４および図５に示される画像の水平方向に３２分割かつ垂直方向に２４分割した領域である。

図６に示されるように、このように溶接用レーザ３の照射部４以外の部分は、搬送による平行移動に起因する同じ向きのベクトルとなるが、溶接用レーザ３の照射部４の部分は、ベクトルの大きさも小さく方向もバラバラである。

図７は、図６に示されるオプティカルフロー分布の垂直成分（Ｖｙ）の大きさを濃淡分布で示した概要図である。図７に示されるように、溶接鋼管１の突合せ部２以外は、濃淡分布の濃度（つまりＶｙの大きさ）がほぼ均一となるのに対し、溶接用レーザ３の照射部４の位置は極端に濃度が高い（つまりＶｙが小さい）。

図８は、図６に示されるオプティカルフロー分布の垂直成分とオプティカルフロー分布の垂直成分の全体平均とから算出された平均偏差図の概要図である。平均偏差図は全体平均からの偏差を表しているので、図８に示されるように、溶接鋼管１の突合せ部２もある程度の値を有するものの、溶接用レーザ３の照射部４の値が極端に高い。したがって、図８に示される平均偏差図から、２次元重心を算出することにより、溶接用レーザ３の照射部４を特定することができることが解る。

以上より、本発明の第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置は、溶接鋼管１に溶接用レーザ３を照射した照射部４およびその周囲の溶接鋼管１を所定の時間間隔を隔てて撮像する撮像装置５と、撮像装置５により取得した２枚以上の画像からその画像の各点が平行移動した方向および量を算出する画像処理を行うことにより、溶接用レーザ３を照射した照射部４の位置を特定する画像処理装置６と、画像処理装置６によって特定された溶接用レーザ３を照射した照射部の位置を表示する表示装置７とを備えるので、撮像した画像中においてレーザの照射位置の輝度が最大であるという前提を置かずに、信頼度の高いレーザ溶接の溶接位置の検出をすることができる。

〔第２実施形態の溶接位置検出装置〕
図９は、本発明の第２実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置を示す構成図である。図９に示されるように、本発明の第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置は、溶接鋼管１の突合せ部２に溶接用レーザ３を照射した照射部４およびその周囲を撮像する撮像装置５と、撮像装置５により取得された撮像信号から画像を合成して画像処理を行う画像処理装置６と、画像処理装置６によって画像処理を施された画像を表示する表示装置７と、照射部４を照明する単波長光源８と、撮像装置５の前段に配置された単波長光源８の波長を透過する透過特性を有する帯域フィルタ９とを備える。

図９に示されるように、本発明の第２実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置は、本発明の第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置と共通の構成要素が多い。したがって、本発明の第２実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置においては、共通の構成要素の説明を省略する。

照射部４を照明する単波長光源８は、８００ｎｍから９００ｎｍまでの範囲の単波長光を射出する光源である。この単波長光源８としては、白色光源を帯域フィルタで波長制限したものでもよいが、小型で強力な光の照射ができるので、半導体レーザ光源が好適である。例えば、８００ｎｍから９００ｎｍまでの範囲の単波長光を射出する光源として、８０８ｎｍの赤外線レーザダイオードを用いることができる。

一方、撮像装置５の前段に配置された単波長光源８の波長を透過する透過特性を有する帯域フィルタ９は、薄膜誘電体方式の干渉フィルタ等の一般的に流通しているフィルタを用いることができる。なお、単波長光源８としては、帯域フィルタで波長制限した白色光源を用いる場合は、この帯域フィルタと撮像装置５の前段に配置された帯域フィルタ９とを同一種のフィルタとすれば、単波長光源８の波長を透過する透過特性を有するという要件を自動的に満たす。

以下、図１０を参照しながら、単波長光源８は、波長が８００ｎｍから９００ｎｍの間の単波長光を射出する光源であることが望ましい理由を説明する。

図１０は、溶接鋼管１の溶接部の発光スペクトルを実測した光強度のグラフである。図１０に示されるように、溶接においては外乱となる発光現象が発生する。これら発光現象の要因となるものとして、プラズマや溶接ヒューム等がある。なお、プラズマは、レーザ照射位置からたちこめる金属蒸気とレーザ光の相互作用で外乱光を発生し、溶接ヒュームは、溶接時に発生する蒸発した金属が大気中で冷却されて発生する微細な鉱物性粉塵であり、この溶接ヒュームもレーザ光の相互作用により外乱光を発生させる。図１０に示されるように、これらの外乱光の発光波長は、波長が８００ｎｍ以下の成分が多い。

一方、撮像装置５として用いられるCCDカメラ等の撮像感度は、９００ｎｍ以上の赤外線領域で低下してしまう。そこで、本発明の第２実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置は、単波長光源８として波長が８００ｎｍから９００ｎｍの間の単波長光を射出する光源を使用している。

なお、本発明の第２実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置を使用したレーザ溶接の溶接位置検出方法は、第１実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置を使用したレーザ溶接の溶接位置検出方法と同一の処理手順であるので、ここでは省略するものとする。

以上より、本発明の第２実施形態にかかるレーザ溶接の溶接位置検出装置は、溶接鋼管１に溶接用レーザ３を照射した照射部４およびその周囲の溶接鋼管１を所定の時間間隔を隔てて撮像する撮像装置５と、撮像装置５により取得した２枚以上の画像からその画像の各点が平行移動した方向および量を算出する画像処理を行うことにより、溶接用レーザ３を照射した照射部４の位置を特定する画像処理装置６と、画像処理装置６によって特定された溶接用レーザ３を照射した照射部の位置を表示する表示装置７と、照射部４およびその周囲の溶接鋼管１に８００ｎｍから９００ｎｍまでの範囲の単波長光を照射する単波長光源８と、単波長光源８の波長を透過する透過特性を有し、撮像装置５と照射部４との間に配置された帯域フィルタ９と、を備えるので、撮像した画像中においてレーザの照射位置の輝度が最大であるという前提を置かないと共に、プラズマや溶接ヒューム等などの外乱の影響を抑制しながら、信頼度の高いレーザ溶接の溶接位置の検出をすることができる。

１ 溶接鋼管
２ 突合せ部
３ 溶接用レーザ
４ 照射部
５ 撮像装置
６ 画像処理装置
７ 表示装置
８ 単波長光源
９ 帯域フィルタ
６１ 画像取得手段
６２ 画像遅延手段
６３ 運動ベクトル分布算出手段
６４ 搬送方向成分算出手段
６５ 全体平均算出手段
６６ 差分算出手段
６７ 重心算出手段

Claims (4)

1. 溶接材に溶接用レーザを照射した照射部およびその周囲の溶接材を所定の時間間隔を隔てて撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置により取得した２枚以上の画像から該画像の各点が平行移動した方向および量を算出する画像処理を行うことにより、前記溶接用レーザを照射した照射部の位置を特定する画像処理装置と、
   前記画像処理装置によって特定された前記溶接用レーザを照射した照射部の位置を表示する表示装置と、
   を備えることを特徴とするレーザ溶接の溶接位置検出装置。
2. 前記照射部およびその周囲の溶接材に、８００ｎｍから９００ｎｍまでの範囲の単波長光を照射する単波長光源と、
   前記単波長光源の波長を透過する透過特性を有し、前記撮像装置と前記照射部との間に配置された帯域フィルタと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接の溶接位置検出装置。
3. 前記画像処理装置は、
   前記撮像装置により取得した２枚以上の画像から、該画像の各点が平行移動した方向および量の分布を算出する運動ベクトル分布算出手段と、
   前記各点が平行移動した方向および量の分布から前記溶接材の搬送方向成分を算出する搬送方向成分算出手段と、
   前記各点が平行移動した方向および量の分布の前記溶接材の搬送方向成分の画像全体に関する平均を算出して前記溶接材の搬送速度成分を算出する全体平均算出手段と、
   前記各点が平行移動した方向および量の分布と前記溶接材の搬送速度成分との差分を算出して平均偏差を取得する差分手段と、
   前記平均偏差から前記溶接用レーザを照射した照射部の位置を特定する照射部特定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接の溶接位置検出装置。
4. 溶接材に溶接用レーザを照射した照射部およびその周囲の溶接材を所定の時間間隔を隔てて撮像する撮像ステップと、
   前記撮像ステップにより取得した２枚以上の画像から該画像の各点が平行移動した方向および量を算出する画像処理を行うことにより、前記溶接用レーザを照射した照射部の位置を特定する画像処理ステップと、
   前記画像処理ステップによって特定された前記溶接用レーザを照射した照射部の位置を表示する表示ステップと、
   を備えることを特徴とするレーザ溶接の溶接位置検出方法。