JP2016015677A - Image pickup device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接中のアークの状態、溶融池の状態を撮像し、或は観察する為の撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging device for imaging or observing the state of an arc during welding and the state of a molten pool.
溶接中のアーク、溶融池を観察し、撮像を行う場合には、溶融池から飛散するスパッタ等がレンズに付着するのを防止する為の保護機構を設ける必要がある。 When observing the arc and weld pool during welding and taking an image, it is necessary to provide a protection mechanism for preventing spatter and the like scattered from the weld pool from adhering to the lens.
然し乍ら、上記した保護機構を設けた場合、装置が大型化し、カメラの設置位置が制限される。特に、溶接に於いて狭隘箇所の観察を行う場合には、溶融池の近傍にカメラを配置することが困難となる。 However, when the protection mechanism described above is provided, the apparatus becomes large and the installation position of the camera is limited. In particular, when observing a narrow spot in welding, it is difficult to place a camera near the molten pool.
又、溶接の状態を監視し、溶接を適切に制御する為には、できるだけアーク、溶融池に接近した位置で撮像することが望まれる。 In order to monitor the welding state and appropriately control the welding, it is desirable to take an image at a position as close to the arc and the molten pool as possible.
尚、特許文献1には、カメラの前方に設けられた干渉フィルタと、保護ガラスと、該保護ガラスの前方に穿設された光路孔と、該光路孔の前方を覆い、該光路孔と干渉しない様に設けられた半割りフードと、前記保護ガラスと前記光路孔との間に、前記半割りフードによって前記光路孔を横切る様に流れる様エアを導入するエア導入管とを有し、前記光路孔からスパッタやヒュームの浸入を防止する溶接用視覚センサ及び溶接制御方法が開示されている。
In
本発明は斯かる実情に鑑み、アーク、溶融池に接近した位置で撮影が可能であると共に、スパッタ等の飛散物から光学系を保護可能な撮像装置を提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention provides an image pickup apparatus that can take an image at a position close to an arc and a molten pool and can protect an optical system from scattered matter such as spatter.
本発明は、測定対象物の溶接部を撮像するカメラと、該カメラに接続され、該カメラの光軸を前記溶接部に導く導光部と、該導光部の先端と対向して設けられたレンズ保護部とを有し、該レンズ保護部は前記導光部先端の全面を覆い前記光軸上に透孔を有する防護板と、前記導光部の先端と前記防護板との間にエアを噴出するエアノズルとを具備し、前記エアは前記防護板の面に沿って噴出される撮像装置に係るものである。 The present invention is provided with a camera that captures an image of a welding portion of a measurement object, a light guide portion that is connected to the camera and guides the optical axis of the camera to the welding portion, and is opposed to the tip of the light guide portion. A lens protection part, the lens protection part covering the entire surface of the tip of the light guide part and having a through hole on the optical axis, and between the tip of the light guide part and the protection plate An air nozzle that ejects air, and the air relates to an imaging device that is ejected along the surface of the protection plate.
又本発明は、前記防護板は、下方に向って前記溶接部から離反する方向に傾斜する撮像装置に係るものである。 Further, the present invention relates to an imaging apparatus in which the protective plate is inclined downward and away from the welded portion.
又本発明は、前記導光部の先端に絞り部材が設けられ、該絞り部材に前記光軸上に位置し、前記透孔と同心であり、該透孔より小径の絞り孔が形成された撮像装置に係るものである。 In the present invention, a diaphragm member is provided at the tip of the light guide section, the diaphragm member is positioned on the optical axis, is concentric with the through hole, and has a diaphragm hole having a smaller diameter than the through hole. This relates to an imaging apparatus.
更に又本発明は、前記導光部の内部に補助エアを供給し、内部を正圧にする補助エア供給口を更に具備する撮像装置に係るものである。 Furthermore, the present invention relates to an imaging apparatus that further includes an auxiliary air supply port that supplies auxiliary air to the inside of the light guide unit and makes the inside positive.
本発明によれば、測定対象物の溶接部を撮像するカメラと、該カメラに接続され、該カメラの光軸を前記溶接部に導く導光部と、該導光部の先端と対向して設けられたレンズ保護部とを有し、該レンズ保護部は前記導光部先端の全面を覆い前記光軸上に透孔を有する防護板と、前記導光部の先端と前記防護板との間にエアを噴出するエアノズルとを具備し、前記エアは前記防護板の面に沿って噴出されるので、前記溶接部の近傍に配設可能となり、狭隘な箇所の撮像が可能となると共に、前記溶接部より飛散したスパッタの大部分が前記防護板により遮られ、スパッタが光学部材に付着するのを防止することができるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a camera that captures an image of a welding portion of a measurement object, a light guide portion that is connected to the camera and guides the optical axis of the camera to the welding portion, and is opposed to the tip of the light guide portion A lens protection part provided, the lens protection part covering the entire surface of the light guide part tip and having a through hole on the optical axis, and a tip of the light guide part and the protection plate. An air nozzle that ejects air in between, and since the air is ejected along the surface of the protective plate, it can be disposed in the vicinity of the welded portion, and it is possible to image a narrow part, Most of the spatter scattered from the welded portion is shielded by the protective plate, and an excellent effect is exhibited that the spatter can be prevented from adhering to the optical member.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず、図1、図2に於いて、本発明の実施例に係る撮像装置の概略について説明する。 First, referring to FIG. 1 and FIG. 2, an outline of an image pickup apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
撮像装置1は、主にカメラ本体2、導光部4、レンズ保護部10から構成される。前記カメラ本体2は撮像素子3、結像光学系3aを有し、前記撮像素子3として、CCD、CMOSセンタ等を有し、デジタル画像データを出力する様になっている。
The
前記カメラ本体2には内部に屈曲した光路が形成された前記導光部4が取付けられている。該導光部4は例えば基端鏡筒部5と、該基端鏡筒部5に直角に連結された中間鏡筒部6、該中間鏡筒部6に対して所定の角度で連結された小鏡筒部7の3分割構造となっている。前記基端鏡筒部5、前記中間鏡筒部6、前記小鏡筒部7は、例えば基端側外周面と先端側内周面にねじ部が形成されており、前記カメラ本体2に前記基端鏡筒部5がねじ部を介して取付けられ、該基端鏡筒部5の先端部に前記中間鏡筒部6がねじ部を介して取付けられ、該中間鏡筒部6の先端部に前記小鏡筒部7がねじ部を介して取付けられる様になっている。
The
前記基端鏡筒部5の先端部には、偏向光学部材としての第1反射鏡22が設けられ、該第1反射鏡22によって光軸16が垂直下方に偏向される。前記中間鏡筒部6には、リレー光学部材としてのレンズユニット9が設けられ、該レンズユニット9は前記光軸16方向に変位可能となっており、焦点調整機能を有している。
A first reflecting
又、前記小鏡筒部7には、偏向光学部材としての第2反射鏡23及び非球面レンズ13が設けられ、更に前記小鏡筒部7の先端に絞り部材14が取付けられ、該絞り部材14には小径、例えば1mm以下の絞り孔15が穿設されている。前記第2反射鏡23によって、前記光軸16は溶接位置に向う様に偏向される。前記非球面レンズ13は、前記絞り孔15からの入射光線を球面収差なく平行化して伝搬させる様になっており、前記レンズユニット9はFナンバーが大きく、単レンズでも無収差とすることができる。
The small
尚、前記撮像素子3、前記レンズユニット9、前記非球面レンズ13、前記絞り孔15は、前記カメラ本体2の光軸16上に位置している。
The
前記中間鏡筒部6の下端には、防護板取付具25が設けられ、該防護板取付具25に防護板24が取付けられる。該防護板24は前記絞り部材14に対して平行であり、該絞り部材14との間に所要の間隙が形成される様になっている。前記防護板24には、前記絞り孔15と同心の透孔26が穿設され、該透孔26は前記絞り孔15に対して大きく、該絞り孔15と前記透孔26とは撮影に要求される画角αを満足する様に設定されている。
A
前記防護板取付具25には、シールドエア28を噴出するエアノズル29aが設けられ、該エアノズル29aの先端は前記絞り孔15に近接し、且つ前記エアノズル29aの軸心は、前記光軸16と直交する様になっている。前記エアノズル29aには前記中間鏡筒部6に沿って設けられたエア供給管29が接続され、該エア供給管29は図示しないエア供給源に接続されている。
The
図2中、18は測定対象物17,17が突合わされた開先を示している。又、図2中、19は溶接トーチを示しており、該溶接トーチ19から前記開先18にフィラーメタル21を供給し、溶融させることで、前記測定対象物17,17の溶接が行われる様になっている。
In FIG. 2,
該測定対象物17から放射された光線は、前記絞り孔15を通過した後、前記非球面レンズ13により平行化され、前記レンズユニット9に偏向されて前記撮像素子3上に投影され、該撮像素子3上に測定対象物像が形成される。尚、前記絞り部材14、前記防護板24、前記エアノズル29a等により前記レンズ保護部10が構成される。
The light beam emitted from the
又、前記防護板24は、前記小鏡筒部7の下端の全面を覆っており、又前記光軸16と直交し、前記透孔26は前記光軸16上に位置している。
The
前記エアノズル29aは、前記防護板24の面に沿って前記小鏡筒部7の下端と前記防護板24との間に前記シールドエア28を噴出する様になっており、該シールドエア28が前記絞り孔15の前方を横切る様になっている。
The
前記中間鏡筒部6、前記小鏡筒部7内には冷却流路31が形成され、該冷却流路31内を冷却水が流通しており、前記レンズユニット9、前記非球面レンズ13、前記第1反射鏡22、前記第2反射鏡23等の光学系を前記基端鏡筒部5、前記中間鏡筒部6、前記小鏡筒部7を介して水冷可能となっている。
A
更に、前記小鏡筒部7には、該小鏡筒部7の側面から下面迄を所要の間隙を隔てて覆う略L字状の衝突防止カバー32が設けられ、前記撮像装置1を過剰に移動させた際に、前記小鏡筒部7が前記測定対象物17等に直接接触しない様になっている。
Further, the small
溶接部27からの光線(熱放射線)は、前記透孔26、前記絞り孔15を通過し、前記非球面レンズ13により平行光束とされ、前記第2反射鏡23に偏向される。更に、該平行光束は、前記レンズユニット9により収束され、前記第1反射鏡22に偏向された後、前記撮像素子3に投影され、該撮像素子3上に前記溶接部27の像が形成されることで、該溶接部27の画像が取得される。
A light beam (thermal radiation) from the
尚、前記レンズユニット9は、前記中間鏡筒部6内を軸心方向に摺動可能となっているので、前記レンズユニット9を摺動させることで、前記溶接部27の像の結像位置を調整できる。
Since the
この時、前記中間鏡筒部6は前記溶接トーチ19と同様鉛直であり、又前記第1反射鏡22により鉛直下方に偏向された前記光軸16を前記溶接部27に向って偏向させているので、更に前記撮像装置1が前記溶接トーチ19から離反する方向に偏向させた前記光軸16上に設けられているので、前記導光部4を前記溶接トーチ19に接近させて配設可能となり、狭隘な前記開先18の内部の画像を取得することができる。
At this time, the intermediate
又、前記小鏡筒部7下端の全面が前記防護板24により覆われているので、更に前記絞り部材14により前記非球面レンズ13の前面が覆われているので、前記溶接部27より飛散したスパッタの大部分が前記防護板24により遮られ、前記透孔26を通過するスパッタは僅かとなる。従って、スパッタが前記小鏡筒部7内部の前記非球面レンズ13に付着するのを防止することができる。
In addition, since the entire lower end of the small
又、前記エアノズル29aが前記小鏡筒部7の下端と前記防護板24との間に設けられ、前記エアノズル29aより前記小鏡筒部7の下端と前記防護板24との間に前記シールドエア28が噴出される。該シールドエア28は前記小鏡筒部7の下端面と前記防護板24との間に形成された、狭隘で扁平な空間を一方向に流れるので、前記溶接部27より飛散し、前記透孔26を通抜けたスパッタは前記シールドエア28に効果的に吹飛ばされ、前記小鏡筒部7内部の前記非球面レンズ13にスパッタが付着するのを防止することができる。
The
又、前記防護板24は例えば下方に向って前記溶接部27から離れる方向に傾斜し、前記小鏡筒部7の下端全面を覆っており、前記シールドエア28は前記防護板24の面に沿って噴出されるので、前記小鏡筒部7の下端面と前記防護板24との間の空間から吹出した前記シールドエア28は前記溶接部27から離反する方向に流れる。この為、前記シールドエア28が前記溶接部27に影響を及ぼすことがない。更に、前記シールドエア28の噴出量を増大させることも可能であり、前記小鏡筒部7内部の前記非球面レンズ13へのスパッタの付着防止効果をより高めることができる。
The
更に、前記非球面レンズ13を前記溶接部27に接近させることができるので、前記非球面レンズ13の画角は小さくてよく、前記絞り孔15の径は、例えば1mm以下とすることができる。又、前記シールドエア28は前記絞り孔15内部へのスパッタの侵入を防止できればよいので、前記シールドエア28の流路径を小さくすることができ、該シールドエア28の流量を低減させることができる。
Furthermore, since the
尚、前記光軸16の光路中に透過波長を制限する波長フィルタを設けてもよい。該波長フィルタを設けることで、色収差を考慮する必要がなくなり、前記撮像装置1の光学系を簡易化することができる。
A wavelength filter for limiting the transmission wavelength may be provided in the optical path of the
又、照明光照射手段を別途設け、前記光軸16上に照明光を照射してもよい。該照明光を照射することで、撮像の際に前記溶接部27からの光線の光量が不足した場合でも鮮明な画像を取得することができる。
Further, illumination light irradiation means may be provided separately, and illumination light may be irradiated onto the
更に、前記非球面レンズ13へのスパッタの付着を防止する為、前記非球面レンズ13と前記絞り部材14との間に保護ガラスを設けてもよい。
Further, a protective glass may be provided between the
次に、図3に於いて、本発明の第2の実施例について説明する。尚、図3中、図1中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第2の実施例では、中間鏡筒部6に補助エア供給口33が設けられ、該補助エア供給口33は補助エア供給源(図示せず)に接続されている。該補助エア供給口33より前記中間鏡筒部6内に補助エア34が供給され、内部が正圧に維持される。又、該補助エア34は、前記中間鏡筒部6内を流通し、絞り孔15より外部へと放出される。
In the second embodiment, an auxiliary air supply port 33 is provided in the
溶接時に於いて、エアノズル29aよりシールドエア28を噴出させることで、溶接部27より飛散したスパッタを遮り、スパッタの非球面レンズ13への付着を防止できるが、前記シールドエア28の噴出により、前記小鏡筒部7の下端と防護板24との間が負圧となり、前記溶接部27から生じたヒュームが前記小鏡筒部7の下端と前記防護板24との間に流込む虞れがある。
At the time of welding, it is possible to block the spatter scattered from the welded
第2の実施例では、前記補助エア供給口33より前記中間鏡筒部6の内部に前記補助エア34を供給し、前記絞り孔15より放出する構成となっているので、前記中間鏡筒部6の内部は正圧となり、前記小鏡筒部7の下端と前記防護板24との間に流込んだヒュームが前記絞り孔15より侵入し、前記非球面レンズ13に付着するのを防止することができる。
In the second embodiment, the
尚、第1の実施例、第2の実施例に於いては、撮像装置1により狭隘な開先18の前記溶接部27の画像を撮像する場合について説明したが、前記撮像装置1は、炉内等の高温で前記非球面レンズ13に汚れが付着し易い環境にも適用可能であるのは言う迄もない。
In the first embodiment and the second embodiment, the case where the
上記した第1の実施例、第2の実施例では、導光部4が屈曲した光軸を形成したが、図4に示す第3の実施例では、直線の光軸16を形成している。尚、図4中、図1中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
In the first embodiment and the second embodiment described above, the optical axis in which the
上記した様に、前記導光部4は、前記撮像装置1の設置条件に対応して適宜前記光軸16を変更することができ、高温の狭隘部でスパッタや粉塵がレンズに付着し易い環境等、用途に合わせて適用することができる。
As described above, the
1 撮像装置 2 カメラ本体
4 導光部 5 基端鏡筒部
6 中間鏡筒部 7 小鏡筒部
9 レンズユニット 13 非球面レンズ
15 絞り孔 16 光軸
22 第1反射鏡 23 第2反射鏡
24 防護板 26 透孔
27 溶接部 28 シールドエア
29 エア供給管 33 補助エア供給口
34 補助エア
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