JP2023069564A - 溶接観察装置、溶接観察システム、溶接観察方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】アーク溶接の溶融部位における溶接欠陥を高精度に検知すること。【解決手段】溶接観察装置は、アーク溶接における溶融部位を観察する溶接観察装置２４であって、溶融部位において発生した気泡を検出する気泡検出部３０３と、アーク溶接における所定の移動距離を有する解析区間毎に、気泡検出部３０３によって検出された気泡の積算数を算出する積算数算出部３０６と、解析区間毎の積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を検知する溶接欠陥検知部３０７とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、溶接観察装置、溶接観察システム、溶接観察方法、およびプログラムに関する。

従来、溶接方法として、アーク溶接が多く利用されている。このようなアーク溶接では、溶接欠陥（例えば、母材の溶け残りによる融合不良、空気やガスを巻き込むことによるブローホール等）が生じると、溶接部位の破壊や強度低下の要因となるため、溶接部位の溶融状態を観察して、このような溶接欠陥の発生を抑制することが望ましい。

例えば、下記特許文献１には、高画素ＣＣＤカメラで撮像された溶融部の画像から、溶接部のビード幅を検出し、該ビード幅が所定のビード幅を超えた場合、ビード幅の異常として検出する技術が開示されている。

特開２００８－２４６５３６号公報

しかしながら、従来の技術では、溶融部位の画像から溶接欠陥の発生時に特有の事象を捉えることができず、よって、アーク溶接の溶融部位における溶接欠陥を高精度に検知することができなかった。

一実施形態に係る溶接観察装置は、アーク溶接における溶融部位を観察する溶接観察装置であって、溶融部位において発生した気泡を検出する気泡検出部と、アーク溶接における所定の移動距離を有する解析区間毎に、気泡検出部によって検出された気泡の積算数を算出する積算数算出部と、解析区間毎の積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を検知する溶接欠陥検知部とを備える。

一実施形態によれば、アーク溶接の溶融部位における溶接欠陥を高精度に検知することができる。

一実施形態に係る溶接システムの構成を示す図 一実施形態に係る溶接トーチが備えるノズルの概略構成図 一実施形態に係る溶接観察装置の機能構成を示すブロック図 一実施形態に係る溶接観察装置による事前設定処理の手順の一例を示すフローチャート 一実施形態に係る溶接観察装置による溶接欠陥検知処理の手順の一例を示すフローチャート 一実施例に係る試験体の構成を示す図 一実施例に係る試験体におけるＺｎリッチプライマーの塗布個所を示す図 一実施例に係る撮像装置による溶融部位の観察方法を示す図 一実施例に係る溶接観察装置が表示する設定画面一例を示す図 一実施例に係る溶接観察装置が表示する検知結果画面の一例を示す図 一実施例に係る溶接観察装置が表示する検知結果画面の一例を示す図 一実施例に係る溶接観察装置において用いられる解析区間の概念図 一実施例における気泡の検出数とブローホールの発生数との関係を示すグラフ 一実施例に係る溶接観察装置によって算出された相関係数の一例を示すグラフ

以下、図面を参照して、一実施形態について説明する。なお、以降の説明では、便宜上、Ｚ軸方向を上下方向とし、Ｘ軸正方向を、溶接トーチ１１の進行方向とする。

〔溶接システム１の構成〕
図１は、一実施形態に係る溶接システム１の構成を示す図である。図１に示すように、溶接システム１は、溶接装置１０および溶接観察システム２０を備える。

（溶接装置１０の構成）
溶接装置１０は、２つの母材３０Ａ，３０Ｂをガスシールドメタルアーク溶接によって繋ぎ合わせる装置である。溶接装置１０は、溶接トーチ１１、溶接ワイヤ１２、電源装置１３、シールドガス供給装置１４、およびワイヤ送給装置１５を備える。

シールドガス供給装置１４は、シールドガスを、溶接トーチ１１に供給する装置である。シールドガスは、溶接トーチ１１が備えるノズル１１Ａの先端から溶融部位に噴射されることにより、溶融部位を覆い、大気が溶融部位に侵入することを防ぐ。シールドガスには、ＣＯ２ガス、または、アルゴンガスとＣＯ２ガスとの混合ガスが用いられる。

ワイヤ送給装置１５は、溶接ワイヤ１２を、溶接トーチ１１に自動的に送給する装置である。溶接ワイヤ１２としては、ソリッドワイヤ、フラックス入りワイヤ等を用いることができる。

電源装置１３は、溶接ワイヤ１２と母材３０Ａ，３０Ｂとの間にアークを発生させるための溶接電流を、溶接ワイヤ１２に供給する装置である。電源装置１３は、一方の電極が２つの母材３０Ａ，３０Ｂの一方または双方と接続され、他方の電極が溶接トーチ１１に備えられたコンタクトチップ１１Ｂ（図２参照）に接続される。

溶接トーチ１１は、ノズル１１Ａを有しており、ワイヤ送給装置１５から供給された溶接ワイヤ１２を、ノズル１１Ａの先端から溶融部位へ送給する。また、溶接トーチ１１は、シールドガス供給装置１４から供給されたシールドガスを、ノズル１１Ａの先端から溶融部位に向けて噴射する。また、溶接トーチ１１は、電源装置１３から供給された溶接電流を、ノズル１１Ａの先端から溶融部位へ送給される溶接ワイヤ１２に供給することにより、溶接ワイヤ１２と母材３０Ａ，３０Ｂとの間にアーク３２（図２参照）を発生させる。また、溶接トーチ１１は、ロボットアーム等の移動手段（図示省略）によって、２つの母材３０Ａ，３０Ｂの接合部３０Ｃ上を移動することにより、接合部３０Ｃを直線状に溶接可能となっている。接合部３０Ｃは、母材３０Ａの端面と母材３０Ｂの端面とが突き合わされた部分である。なお、ノズル１１Ａの具体的な構成については図２を用いて後述する。

（ノズル１１Ａの構成）
図２は、一実施形態に係る溶接トーチ１１が備えるノズル１１Ａの概略構成図である。図２に示すようにノズル１１Ａの筒内部には、コンタクトチップ１１Ｂおよびガス供給路１１Ｃが設けられている。

コンタクトチップ１１Ｂは、金属製且つ筒状の部材である。コンタクトチップ１１Ｂには、例えば、銅素材が用いられる。ワイヤ送給装置１５から送給された溶接ワイヤ１２は、コンタクトチップ１１Ｂの筒内部を貫通して、コンタクトチップ１１Ｂの先端から、溶融部位へ送給される。コンタクトチップ１１Ｂは、電源装置１３の他方の電極と接続されており、これにより、電源装置１３から供給された溶接電流を、溶接ワイヤ１２に供給することができる。

ガス供給路１１Ｃは、コンタクトチップ１１Ｂの周囲に設けられている。シールドガス供給装置１４から供給されたシールドガスは、ガス供給路１１Ｃを通って、ノズル１１Ａの先端から、溶融部位へ噴射される。

このように構成された溶接装置１０では、溶接トーチ１１が、２つの母材３０Ａ，３０Ｂの接合部３０Ｃ上を、当該接合部３０Ｃに沿って、当該接合部３０Ｃの延在する方向（図中矢印Ａ方向，Ｘ軸正方向）に移動する。この際、電源装置１３からコンタクトチップ１１Ｂを介して溶接ワイヤ１２に溶接電流が供給されることにより、溶接ワイヤ１２と母材３０Ａ，３０Ｂとの間にアーク３２が発生する。そして、アーク３２の発する高熱により、溶接ワイヤ１２および母材３０Ａ，３０Ｂが溶融し、溶融した溶接ワイヤ１２および母材３０Ａ，３０Ｂからなる溶融金属によって、アーク３２の直下を中心とする溶融池３４が形成される。そして、接合部３０Ｃに沿って、溶融金属が冷却されて凝固することにより、ビード３６が形成される。これにより、２つの母材３０Ａ，３０Ｂが溶接される。

（溶接観察システム２０の構成）
図１に示すように、溶接観察システム２０は、撮像装置２１、通信ケーブル２３、および溶接観察装置２４を備える。

撮像装置２１は、「撮像手段」の一例であり、少なくともアーク３２の直下を含む溶融部位の画像（以下、「溶融部位画像」と示す）を撮像する。図１に示すように、撮像装置２１は、光学フィルタ２１Ａおよび撮像部２１Ｂを有する。なお、本実施形態では、アーク３２の発光領域（すなわち、溶接ワイヤ１２と母材３０Ａ，３０Ｂとの接合部３０Ｃと間に発生したアーク３２が点弧される範囲）の直下の領域を、「アークの直下」と定義している。

光学フィルタ２１Ａは、撮像部２１Ｂのレンズ面を覆うように設けられる。光学フィルタ２１Ａは、特定の波長帯域の光を透過させる。特定の波長帯域の光とは、アーク３２の直下の状態を容易に判別することが可能な溶融部位画像を撮像するために好適な波長帯域の光である。

撮像部２１Ｂは、アーク３２の直下を撮像方向として設置され、光学フィルタ２１Ａを透過した特定の波長帯域の光を受光することにより、アーク３２の直下の状態（例えば、アーク光の状態、溶融池３４の状態等）を容易に判別することが可能な溶融部位画像を撮像する。例えば、撮像部２１Ｂは、レンズ、センサ（例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等）、画像処理プロセッサ等を備えて構成される。本実施形態では、撮像部２１Ｂは、溶融部位画像として、動画を撮像する。但し、これに限らず、撮像部２１Ｂは、溶融部位画像として、静止画を連続的に撮像してもよい。

なお、本実施形態では、光学フィルタ２１Ａとして、中心透過波長を含む半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）が１０ｎｍ以下であるものを用いることができる。特に、本実施形態では、光学フィルタ２１Ａとして、中心透過波長が、６８０ｎｍ，７２０ｎｍ，７５０ｎｍ，８３０ｎｍ，８４０ｎｍ，８５０ｎｍ，９６０ｎｍ，９７０ｎｍ，１３００ｎｍ，１３１０ｎｍ，１３２０ｎｍのいずれかであるものを用いることができる。これらの中心透過波長は、本発明の発明者らによって見出された好適なものである。

このように、特定の中心透過波長を有する光学フィルタ２１Ａを用いることにより、撮像装置２１は、単に溶融部位画像を撮像するだけで（すなわち、外部光を照射したり、複数の撮像装置を設けたり、特別な画像処理を行ったりすることなく）、溶融部位におけるアーク３２の直下の溶融状態を容易に判別可能な、溶融部位画像を撮像できる。

また、本実施形態では、撮像装置２１の好適な配置位置として、撮像装置２１を溶接トーチ１１の移動方向における前方（図中Ｘ軸正方向）または後方（図中Ｘ軸負方向）に配置することを定めている。図１は、撮像装置２１を溶接トーチ１１の移動方向における前方（図中Ｘ軸正方向）に配置する例を表している。また、本実施形態では、撮像装置２１による溶融部位に対する上方からの好適な撮像角度θとして、４０°～５０°の範囲内とすることを定めている。撮像角度θは、溶接トーチ１１が平面上を移動すると仮定した場合において、当該平面に対する上方からの俯角である。この撮像角度θも、本発明の発明者らによって見出された好適なものである。例えば、撮像角度θが５０°を超える場合、アーク３２の直下部分が溶接トーチ１１によって遮られてしまう虞がある。また、例えば、撮像角度θが４０°未満の場合、アーク３２の直下部分が母材３０Ａ，３０Ｂ等によって遮られてしまい、アーク３２の直下部分を観察できなくなる虞がある。

なお、撮像装置２１は、溶接トーチ１１とともに移動するように構成されてもよい。この場合、撮像装置２１は、溶接トーチ１１が移動した場合であっても、撮像方向が変更されることなく、溶融部位に対する撮像角度θを４０°～５０°の範囲内に維持することができる。

または、撮像装置２１は、溶接トーチ１１とともに移動しないように構成されてもよい。この場合、撮像装置２１は、溶接トーチ１１が移動した場合であっても、溶融部位に対する撮像角度θを４０°～５０°の範囲内に維持することができる場合、撮像方向が固定された状態のままであってもよい。

一方、撮像装置２１は、溶接トーチ１１が移動した場合に、溶融部に対する撮像角度θを４０°～５０°の範囲内に維持することができなくなる場合、任意の撮像方向変更手段によって撮像方向が自動的に変更されることにより、溶融部に対する撮像角度θを４０°～５０°の範囲内に維持することが可能であってもよい。この場合、撮像方向変更手段は、例えば、撮像装置２１の位置と溶接トーチ１１の位置とに基づいて、所定の算出式や所定の変換テーブル等を用いて、撮像角度θを算出するようにしてもよい。

通信ケーブル２３は、撮像部２１Ｂと溶接観察装置２４とを接続する。撮像部２１Ｂによって撮像された溶融部位画像の画像データは、通信ケーブル２３を介して、溶接観察装置２４へ送信される。なお、撮像部２１Ｂは、無線通信により、画像データを溶接観察装置２４へ送信するようにしてもよい。

溶接観察装置２４は、撮像部２１Ｂから取得した溶融部位画像に対する各種処理を行う。例えば、溶接観察装置２４は、撮像部２１Ｂから取得した溶融部位画像を記憶したり、撮像部２１Ｂから取得した溶融部位画像を表示したりすることができる。また、溶接観察装置２４は、撮像部２１Ｂから取得した溶融部位画像に基づいて、溶接欠陥の発生を検知することができる。溶接観察装置２４としては、例えば、ＰＣ（Personal Computer）、サーバ装置等が用いられる。

〔溶接観察装置２４の機能構成〕
図３は、一実施形態に係る溶接観察装置２４の機能構成を示すブロック図である。図３に示すように、溶接観察装置２４は、画像取得部３０１、ユーザ入力受付部３０２、気泡検出部３０３、相関係数算出部３０４、解析区間設定部３０５、積算数算出部３０６、溶接欠陥検知部３０７、および検知結果出力部３０８を備える。

画像取得部３０１は、撮像部２１Ｂによって撮像された溶融部位画像を取得する。例えば、画像取得部３０１は、溶接が行われているときに撮像部２１Ｂによって撮像された、少なくともアーク３２の直下が写し出されている、複数のフレーム画像からなる動画を、溶融部位画像として取得する。

ユーザ入力受付部３０２は、溶融部位画像における気泡の発生している気泡発生部分画像９１１のユーザの入力を受け付ける。例えば、ユーザ入力受付部３０２は、試験的な溶接が行われたときに画像取得部３０１によって取得された溶融部位画像を再生表示する画像表示部９１０を含む設定画面９００（図９参照）をディスプレイ表示して、画像表示部９１０に表示された溶融部位画像において、気泡の発生している気泡発生部分画像９１１のユーザの入力を受け付ける。例えば、ユーザは、溶融部位画像におけるアーク３２の直下の溶融池３４の画像範囲内に写し出されている白点画像を気泡として検出し、当該白点画像を含む一部の画像領域を、気泡の発生している気泡発生部分画像９１１として入力する。なお、白点画像とは、比較的高輝度であるために、白黒画像においてより白く写し出される点状の画像である。そして、ユーザ入力受付部３０２は、入力を受け付けた気泡発生部分画像９１１を、溶接観察装置２４が備えるメモリに記憶する。

気泡検出部３０３は、画像取得部３０１によって取得された溶融部位画像において、アーク３２の直下の溶融池３４内の気泡を検出する。本実施例では、気泡検出部３０３は、ユーザ入力受付部３０２が入力を受け付けた気泡発生部分画像９１１を用いた画像認識処理を行うことにより、溶融部位画像から気泡を検出する。すなわち、気泡検出部３０３は、公知の画像認識処理によって、溶融部位画像から気泡発生部分画像９１１との一致度が高い画像領域を検出した場合、気泡を検出したと判断する。

相関係数算出部３０４は、解析区間の長さの複数の候補値毎に、気泡検出部３０３による気泡の検出数と、実際に発生した溶接欠陥（ブローホール）の発生数との相関性を示す相関係数を算出する。「解析区間」とは、アーク溶接における所定の移動距離を有する区間を意味する。

解析区間設定部３０５は、好適な解析区間の長さを設定する。例えば、解析区間設定部３０５は、相関係数算出部３０４によって算出された解析区間の長さの複数の候補値毎の相関係数に基づいて、解析区間の長さの複数の候補値の中から、好適な解析区間の長さを設定する。例えば、解析区間設定部３０５は、解析区間の長さの複数の候補値毎の相関係数をグラフ表示する相関係数表示部９３０を含む設定画面９００（図９参照）をディスプレイ表示して、当該設定画面９００においてユーザによって複数の候補値の中から選択された一の候補値を、好適な解析区間の長さとして設定する。但し、これに限らず、例えば、解析区間設定部３０５は、複数の候補値の中から、所定の条件に合致する一の候補値を選択し、当該一の候補値を好適な解析区間の長さとして自動的に設定してもよい。

積算数算出部３０６は、画像取得部３０１によって取得された溶融部位画像における、解析区間設定部３０５によって設定された解析区間毎に、気泡検出部３０３によって検出された気泡の積算数を算出する。

溶接欠陥検知部３０７は、積算数算出部３０６によって算出された、解析区間毎の気泡の積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を検知する。例えば、溶接欠陥検知部３０７は、積算数算出部３０６によって算出された積算数が所定の閾値を超えた解析区間について、その解析区間において溶接欠陥（ブローホール）が発生したと判断する。

検知結果出力部３０８は、溶接欠陥検知部３０７による溶接欠陥の発生の検知結果を出力する。本実施形態では、一例として、溶接欠陥検知部３０７による溶接欠陥の発生の検知結果を含む検知結果画面１０００（図１０および図１１参照）をディスプレイ表示する。特に、本実施形態では、一例として、検知結果画面１０００は、現在の溶接位置の溶融部位画像をリアルタイム表示する画像表示部１０１０と、現在の溶接位置をスライダ１０２１によって示す溶接位置表示部１０２０と、解析区間毎の気泡発生回数をグラフ表示する気泡発生回数表示部１０３０と、溶結欠陥の発生の有無（すなわち、総合判定結果）を示す判定結果表示部１０４０と、を含む。なお、検知結果出力部３０８による検知結果の出力方法は、如何なる出力方法によるものであってもよい。例えば、検知結果出力部３０８による検知結果の出力方法としては、外部装置への送信、ディスプレイ表示、警告音出力、記憶装置への書き込み等が挙げられる。

なお、溶接観察装置２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成されている。上記した溶接観察装置２４の各機能は、例えば、溶接観察装置２４において、ＲＯＭに記憶されているプログラムを、ＣＰＵが実行することによって実現される。

〔溶接観察装置２４による事前設定処理の手順の一例〕
図４は、一実施形態に係る溶接観察装置２４による事前設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。「事前設定処理」とは、試験的な溶接を行ったときの溶融部位画像を用いて、気泡発生部分画像９１１と好適な解析区間の長さとを予め設定しておく処理である。

まず、画像取得部３０１が、試験的に溶接を行ったときに、撮像部２１Ｂによって撮像された溶接部位画像を取得する（ステップＳ４０１）。

次に、ユーザ入力受付部３０２が、ステップＳ４０１で取得された溶融部位画像を再生表示する画像表示部９１０を含む設定画面９００（図９参照）をディスプレイ表示する（ステップＳ４０２）。そして、ユーザ入力受付部３０２が、ステップＳ４０２でディスプレイ表示された設定画面９００の画像表示部９１０に表示された溶融部位画像において、気泡の発生している気泡発生部分画像９１１のユーザの入力を受け付ける（ステップＳ４０３）。

次に、相関係数算出部３０４が、解析区間の長さの複数の候補値毎に、気泡検出部３０３による気泡の検出数と、実際に発生した溶接欠陥（ブローホール）の発生数との相関性を示す相関係数を算出する（ステップＳ４０４）。

そして、解析区間設定部３０５が、ステップＳ４０４で算出された解析区間の長さの複数の候補値毎の相関係数を、ステップＳ４０２でディスプレイ表示された設定画面９００の相関係数表示部９３０にグラフ表示する（ステップＳ４０５）。

さらに、解析区間設定部３０５が、設定画面９００の相関係数表示部９３０に表示された複数の候補値の中からユーザによって選択された一の候補値を、好適な解析区間の長さとして設定する（ステップＳ４０６）。その後、溶接観察装置２４は、図４に示す一連の処理を終了する。

〔溶接観察装置２４による溶接欠陥検知処理の手順の一例〕
図５は、一実施形態に係る溶接観察装置２４による溶接欠陥検知処理の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、画像取得部３０１が、本番の溶接が行われたときに、撮像部２１Ｂによって撮像された溶接部位画像の取得を開始する（ステップＳ５０１）。

次に、検知結果出力部３０８が、検知結果画面１０００をディスプレイ表示して（ステップＳ５０２）、当該検知結果画面１０００の画像表示部１０１０において、画像取得部３０１によって取得された溶融部位画像のリアルタイム表示を開始する（ステップＳ５０３）。

また、気泡検出部３０３が、画像取得部３０１によって取得された溶融部位画像における、アーク３２の直下の溶融池３４の画像範囲内からの気泡の検出を開始する（ステップＳ５０４）。

そして、積算数算出部３０６が、現在の解析区間（図４のステップＳ４０６で設定された好適な長さを有する解析区間）の溶接が終了すると、当該解析区間において気泡検出部３０３によって検出された気泡の積算数を算出する（ステップＳ５０５）。

さらに、溶接欠陥検知部３０７が、ステップＳ５０５で算出された積算数が所定の閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ５０６）。

ステップＳ５０６において、積算数が所定の閾値を超えたと判断された場合（ステップＳ５０６：Ｙｅｓ）、検知結果出力部３０８が、溶接欠陥の発生有りを検知結果画面１０００の判定結果表示部１０４０に表示する（ステップＳ５０９）。その後、溶接観察装置２４は、図５に示す一連の処理を終了する。なお、溶接欠陥の発生有りと判断された場合、溶接観察装置２４は、アラームを通知したり、溶接を停止させたりしてもよい。

一方、ステップＳ５０６において、積算数が所定の閾値を超えていないと判断された場合（ステップＳ５０６：Ｙｅｓ）、検知結果出力部３０８が、溶接欠陥の発生無しを検知結果画面１０００の判定結果表示部１０４０に表示する（ステップＳ５０７）。

そして、溶接観察装置２４は、溶接が終端位置まで終了したか否かを判断する（ステップＳ５０８）。

ステップＳ５０８において、溶接が終端位置まで終了したと判断された場合（ステップＳ５０８：Ｙｅｓ）、溶接観察装置２４は、図５に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ５０８において、溶接が終端位置まで終了していないと判断された場合（ステップＳ５０８：Ｎｏ）、溶接観察装置２４は、ステップＳ５０４へ処理を戻し、次の解析区間の処理を行う。

〔実施例〕
以下、図６～図１４を参照して、一実施形態に係る溶接システム１の一実施例を説明する。この一実施例では、実施形態で説明した溶接システム１を用いて、溶接装置１０が、２つの母材３０Ａ，３０Ｂの溶接を行い、その際、撮像装置２１が、溶融部位画像（動画）を撮像することにより、溶接部位を観察した。そして、溶接観察装置２４によって、溶融部位画像に基づいて溶接欠陥（融合不良）が正しく検知されるかを検証した。

（試験体の構成）
図６は、一実施例に係る試験体６００の構成を示す図である。図７は、一実施例に係る試験体６００におけるＺｎリッチプライマー３０Ｐの塗布個所を示す図である。

図６に示すように、試験体６００は、水平な平板状の母材３０Ａと、垂直な平板状の母材３０Ｂとが溶接されるものである。具体的には、図６に示すように、母材３０ＡのＹ軸方向における中央部に対し、母材３０Ｂが垂直に起立した状態で、当該母材３０Ｂの下縁部が母材３０Ａに溶接される。この際、母材３０Ａと母材３０Ｂとの接合部に沿ってＸ軸方向に延在する、ビード３６が形成される。なお、図６および図７に示すように、母材３０Ａ，３０Ｂはいずれも、長手方向の幅が３００ｍｍであり、短手方向の幅が１００ｍｍであり、厚さが１２ｍｍである。

また、図７に示すように、母材３０Ａの表面（母材３０Ｂとの接合面）には、Ｘ軸方向における１００～２００ｍｍの区間に、Ｚｎリッチプライマー３０Ｐが塗布されている。また、図７に示すように、母材３０Ｂの下端面（母材３０Ａとの接合面）には、Ｘ軸方向における１００～２００ｍｍの区間に、Ｚｎリッチプライマー３０Ｐが塗布されている。これにより、試験体６００は、母材３０Ａと母材３０Ｂとの接合部のＸ軸方向における１００～２００ｍｍの区間において、Ｚｎリッチプライマー３０Ｐに起因するブローホールが発生し易くなっている。

なお、本実施例に用いた各種溶接条件は以下のとおりである。

材質 ：ＳＭ４９０Ａ
接続形状 ：フィレット接続
溶接ワイヤ ：ＹＧＷ－１２（φ１．２ｍｍ）
電源モード ：ＤＣ パルス無しモード
電流 ：３００Ａ
電圧 ：３０Ｖ
シールドガス：Ａｒ＋２０％ＣＯ２
溶接速度 ：５ｍｍ／ｓ
突出し長 ：２０ｍｍ

（観察方法）
図８は、一実施例に係る撮像装置２１による溶融部位の観察方法を示す図である。図８に示すように、本実施例では、撮像装置２１の好適な配置位置として、撮像装置２１を溶接トーチ１１の移動方向における前方（図中Ｘ軸正方向）に配置する。また、本実施例では、撮像装置２１による溶融部位に対する上方からの撮像角度θを、好適な撮像角度θの範囲内である４５°とする。

なお、本実施例に用いた各種観察条件は以下のとおりである。

カメラ ：ＩｎＧａＡｓカメラ
光学フィルタ ：バンドパスフィルタ（中心透過波長：１３２０ｎｍ）
ＮＤフィルタ ：１０
露光時間 ：１００ｍｓ
フレームレート：１００Ｈｚ

（設定画面９００の一例）
図９は、一実施例に係る溶接観察装置２４が表示する設定画面９００の一例を示す図である。図９に示す設定画面９００は、ユーザ入力受付部３０２によってディスプレイ表示されるものである。図９に示すように、設定画面９００は、画像表示部９１０、検知結果表示部９２０、および相関係数表示部９３０を含む。

画像表示部９１０は、試験的な溶接が行われたときに撮像された溶融部位画像を再生表示する。また、画像表示部９１０は、当該画像表示部９１０に表示されている溶融部位画像において、気泡の発生している気泡発生部分画像９１１のユーザの入力を受け付ける。

検知結果表示部９２０は、溶接欠陥発生位置表示部９２１と、気泡検出位置表示部９２２とを有する。溶接欠陥発生位置表示部９２１は、実際に発生した溶接欠陥（ブローホール）の位置を表示する。気泡検出位置表示部９２２は、溶融部位画像において気泡検出部３０３によって検出された気泡の位置を表示する。また、検知結果表示部９２０は、スライダ９２３が、溶接欠陥発生位置表示部９２１と、気泡検出位置表示部９２２とに重ねて表示される。スライダ９２３は、画像表示部９１０に表示されている溶融部位画像に対応する溶接位置を示す。すなわち、スライダ９２３は、溶融部位画像が再生されるにつれて、表示位置が右方向に変化する。

図９に示す例では、検知結果表示部９２０には、図６～図８に示した各種条件による試験体６００の溶接結果が示されている。図９の溶接欠陥発生位置表示部９２１に示されているように、試験体６００における母材３０Ａと母材３０Ｂとの接合部のＸ軸方向における１００～２００ｍｍの区間において、Ｚｎリッチプライマー３０Ｐを塗布したことにより、Ｚｎリッチプライマー３０Ｐに起因するブローホールが多発していることが示されている。なお、このブローホールは、ビード３６の内部に形成されているため、外観からは目視できないものであり、本実施例ではＸ線ＲＴ（Radiographic Testing）検査を用いてブローホールの検出を行っている。なお、溶接欠陥発生位置表示部９２１に表示されている溶接欠陥発生位置データは、Ｘ線画像から手入力で検出されたものであってもよく、Ｘ線画像から自動で検出されたものであってもよい。後者の場合、溶接欠陥発生位置データは、溶接観察装置２４が自動で検出してもよく、外部装置が自動で検出してもよい。また、図９の気泡検出位置表示部９２２に示されているように、試験体６００における母材３０Ａと母材３０Ｂとの接合部のＸ軸方向における１００～２００ｍｍの区間において、アーク３２の直下の溶融池３４内から多数の気泡が検出されていることが示されている。このことから、本実施例では、ブローホールの多発した区間において、アーク３２の直下の溶融池３４内から多数の気泡が検出されることが認められた。また、図９に示す例では、スライダ９２３が、ブローホールと気泡との双方が検出された位置に位置合わせされている。これにより、ユーザは、画像表示部９１０において、ブローホールの発生との関係性の高い気泡発生部分画像９１１を設定することができ、よって、溶接欠陥（ブローホール）の発生検知精度を高めることができる。

相関係数表示部９３０は、解析区間の長さの複数の候補値毎の相関係数をグラフ表示する。「相関係数」は、溶融部位画像において気泡検出部３０３によって検出された気泡の検出数と、実際に発生した溶接欠陥（ブローホール）の発生数との相関性を示すものである。図９に示す例では、相関係数表示部９３０には、６つの候補値（「１ｍｍ」、「５ｍｍ」、「１０ｍｍ」、「２０ｍｍ」、「４０ｍｍ」、「８０ｍｍ」）の各々の相関係数がグラフ表示されている。ユーザは、この相関係数表示部９３０に表示されている各候補値の相関係数を参考にして、複数の候補値の中から、好適な解析区間の長さとして設定する一の候補値を選択することができる。

例えば、図９において相関係数表示部９３０に表示されているグラフでは、３つの候補値（「２０ｍｍ」、「４０ｍｍ」、「８０ｍｍ」）において、相関係数が「０．８」以上となっており、すなわち、溶接欠陥（ブローホール）の発生検知精度が高いことが示されている。この場合、ユーザは、図９において相関係数表示部９３０に表示されているグラフを参考にして、好適な解析区間の長さとして、「２０ｍｍ」、「４０ｍｍ」、または「８０ｍｍ」を選択することが好ましい。

（検知結果画面１０００の一例）
図１０および図１１は、一実施例に係る溶接観察装置２４が表示する検知結果画面１０００の一例を示す図である。図１０および図１１に示す検知結果画面１０００は、溶接観察装置２４が溶接欠陥検知処理（図５参照）を行っているときに、検知結果出力部３０８によってディスプレイ表示されるものである。図１０および図１１に示すように、検知結果画面１０００は、画像表示部１０１０、溶接位置表示部１０２０、気泡発生回数表示部１０３０、および判定結果表示部１０４０を含む。

画像表示部１０１０は、現在の溶接位置の溶融部位画像をリアルタイム表示する。溶接位置表示部１０２０は、現在の溶接位置をスライダ１０２１によって示す。気泡発生回数表示部１０３０は、現在の溶接位置をスライダ１０３１によって示すとともに、解析区間毎の気泡発生回数をグラフ表示する。判定結果表示部１０４０は、溶結欠陥の発生の有無（すなわち、総合判定結果）を示す。

例えば、図１０に示す検知結果画面１０００は、気泡発生回数表示部１０３０において、気泡の積算数が所定の閾値ＴＨを超えていないことが示されている。このため、図１０に示す検知結果画面１０００は、判定結果表示部１０４０において、溶結欠陥の発生無しが表示されている。

一方、図１１に示す検知結果画面１０００は、気泡発生回数表示部１０３０において、気泡の積算数が所定の閾値ＴＨを超えたことが示されている。このため、図１１に示す検知結果画面１０００は、判定結果表示部１０４０において、溶結欠陥の発生有りが表示されている。

なお、図１１に示す判定結果は、設定画面９００（図９参照）においてユーザが予め設定した解析区間の長さを、相関係数が高い「２０ｍｍ」とした場合に得られたものである。よって、図１１に示す判定結果は、溶結欠陥が発生した可能性が極めて高いことを示すものであり、すなわち、溶結欠陥の発生を高精度に検出した結果を示すものである。

（解析区間の定義）
図１２は、一実施例に係る溶接観察装置２４において用いられる解析区間の概念図である。図１２に示すように、一実施形態に係る溶接システム１では、母材３０Ａ，３０Ｂの溶接を行う際に、溶接ワイヤ１２がＸ軸正方向に移動する。これにより、一実施形態に係る溶接システム１では、母材３０Ａ，３０ＢをＸ軸方向に沿って接合する。ここで、図１２に示すように、一実施形態に係る溶接観察装置２４では、溶接ワイヤ１２のＸ軸正方向への所定の移動距離を「解析区間」と定義している。なお、溶接観察装置２４は、溶接ワイヤ１２がＸ軸正方向に１ｍｍ移動する毎に、溶接ワイヤ１２の現在位置から所定の長さ（すなわち、設定画面９００において設定された解析区間の長さ）手前の位置までの区間を解析区間とし、当該解析区間において気泡検出部３０３によって検出された気泡の積算数を算出する。例えば、所定の長さを「２０ｍｍ」とした場合、最初に０～２０ｍｍの区間を解析区間とし、次に１～２１ｍｍの区間を解析区間とする、次に２～２２ｍｍの区間を解析区間とする、といった具合である。そして、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、解析区間毎に、溶接部位画像から検出された気泡の積算数を算出し、当該積算数に基づいて溶結欠陥の発生の有無を判断しているのである。これにより、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、溶結欠陥の発生を高精度に検出することができる。特に、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、解析区間の長さを、気泡の検出数とブローホールの発生数との相関係数が高くなる好適な値に設定することができる。これにより、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、溶結欠陥の発生をより高精度に検出することができる。

（相関係数の算出例）
図１３は、一実施例における気泡の検出数とブローホールの発生数との関係を示すグラフである。図１３（ａ）は、解析区間を１ｍｍとした場合の気泡の検出数（横軸）とブローホールの発生数（縦軸）との関係を示すグラフである。図１３（ｂ）は、解析区間を５ｍｍとした場合の気泡の検出数（横軸）とブローホールの発生数（縦軸）との関係を示すグラフである。図１３（ｃ）は、解析区間を１０ｍｍとした場合の気泡の検出数（横軸）とブローホールの発生数（縦軸）との関係を示すグラフである。図１３（ｄ）は、解析区間を２０ｍｍとした場合の気泡の検出数（横軸）とブローホールの発生数（縦軸）との関係を示すグラフである。図１３（ｅ）は、解析区間を４０ｍｍとした場合の気泡の検出数（横軸）とブローホールの発生数（縦軸）との関係を示すグラフである。図１３（ｆ）は、解析区間を８０ｍｍとした場合の溶接位置と気泡の検出数との関係を示すグラフである。

図１４は、一実施例に係る溶接観察装置２４によって算出された相関係数の一例を示すグラフである。図１４に示す相関係数は、溶接観察装置２４が備える相関係数算出部３０４によって、図１３（ａ）～（ｆ）の各グラフに基づいて、例えば公知の相関係数の算出式を用いることにより算出される。

〔効果〕
以上説明したように、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、アーク溶接における溶融部位を観察する溶接観察装置２４であって、溶融部位において発生した気泡を検出する気泡検出部３０３と、アーク溶接における所定の移動距離を有する解析区間毎に、気泡検出部３０３によって検出された気泡の積算数を算出する積算数算出部３０６と、解析区間毎の積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を検知する溶接欠陥検知部３０７とを備える。

これにより、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、解析区間毎の気泡の発生頻度に応じて溶接欠陥の発生を解析区間毎に検知することができるため、例えば、気泡の発生の急激な増加を早期に捉えることができる。したがって、一実施形態に係る溶接観察装置２４によれば、アーク溶接の溶融部位における溶接欠陥を高精度に検知することができる。

また、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、好適な解析区間の長さを設定する解析区間設定部３０５をさらに備える。

これにより、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、解析区間の長さを適切な長さに設定することができるため、例えば、気泡の発生の急激な増加を積算数に確実に反映することができる。したがって、一実施形態に係る溶接観察装置２４によれば、解析区間毎の気泡の積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を高精度に検知することができる。

また、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、解析区間の長さの複数の候補値毎に、積算数と溶接欠陥の発生数との相関性を示す相関係数を算出する相関係数算出部３０４をさらに備え、解析区間設定部３０５は、複数の候補値毎の相関係数に基づいて、複数の候補値の中から、好適な解析区間の長さを設定する。

これにより、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、解析区間の長さを相関係数に基づいて適切な長さに設定することができる。したがって、一実施形態に係る溶接観察装置２４によれば、気泡の積算数と溶接欠陥の発生との相関性を高めることができ、よって、解析区間毎の気泡の積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を高精度に検知することができる。

また、一実施形態に係る溶接観察装置２４において、解析区間設定部３０５は、複数の候補値毎の相関係数をユーザに呈示して、複数の候補値の中から、好適な解析区間の長さをユーザに設定させる。

これにより、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、解析区間の長さを相関係数に基づいて適切な長さにユーザが任意に設定することができる。したがって、一実施形態に係る溶接観察装置２４によれば、気泡の積算数と溶接欠陥の発生との相関性を高めることができ、よって、解析区間毎の気泡の積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を高精度に検知することができる。

また、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、溶融部位の画像における気泡の発生している気泡発生部分画像９１１のユーザの入力を受け付けるユーザ入力受付部３０２をさらに備え、気泡検出部３０３は、溶融部位の画像に対して気泡発生部分画像９１１を用いた画像認識処理を行うことにより、溶融部位の画像から気泡を検出する。

これにより、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、溶接欠陥の発生との相関性が高い気泡発生部分画像９１１をユーザに入力させることができる。このため、一実施形態に係る溶接観察装置２４によれば、気泡の積算数と溶接欠陥の発生との相関性を高めることができ、よって、解析区間毎の気泡の積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を高精度に検知することができる。

また、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、溶接欠陥検知部３０７による溶接欠陥の発生の検知結果を出力する検知結果出力部３０８をさらに備える。

これにより、一実施形態に係る溶接観察装置２４は、溶接欠陥の発生を関係者に早期に通知することができ、溶接欠陥の発生に対する対応（例えば、溶接の中止、最実施等）を早期に実施できるようにすることができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

１ 溶接システム
１０ 溶接装置
１１ 溶接トーチ
１１Ａ ノズル
１１Ｂ コンタクトチップ
１１Ｃ ガス供給路
１２ 溶接ワイヤ
１３ 電源装置
１４ シールドガス供給装置
１５ ワイヤ送給装置
２０ 溶接観察システム
２１ 撮像装置（撮像手段）
２１Ａ 光学フィルタ
２１Ｂ 撮像部
２３ 通信ケーブル
２４ 溶接観察装置
３０Ａ 母材
３０Ｂ 母材
３０Ｃ 接合部
３０Ｐ Ｚｎリッチプライマー
３２ アーク
３４ 溶融池
３６ ビード
３０１ 画像取得部
３０２ ユーザ入力受付部
３０３ 気泡検出部
３０４ 相関係数算出部
３０５ 解析区間設定部
３０６ 積算数算出部
３０７ 溶接欠陥検知部
３０８ 検知結果出力部
９００ 設定画面
９１０ 画像表示部
９１１ 気泡発生部分画像
９２０ 検知結果表示部
９２１ 溶接欠陥発生位置表示部
９２２ 気泡検出位置表示部
９２３ スライダ
９３０ 相関係数表示部
１０００ 検知結果画面
１０１０ 画像表示部
１０２０ 溶接位置表示部
１０３０ 気泡発生回数表示部
１０４０ 判定結果表示部

Claims (9)

1. アーク溶接における溶融部位を観察する溶接観察装置であって、
   前記溶融部位において発生した気泡を検出する気泡検出部と、
   前記アーク溶接における所定の移動距離を有する解析区間毎に、前記気泡検出部によって検出された前記気泡の積算数を算出する積算数算出部と、
   前記解析区間毎の前記積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を検知する溶接欠陥検知部と
   を備えることを特徴とする溶接観察装置。
2. 好適な前記解析区間の長さを設定する解析区間設定部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接観察装置。
3. 前記解析区間の長さの複数の候補値毎に、前記積算数と溶接欠陥の発生数との相関性を示す相関係数を算出する相関係数算出部をさらに備え、
   前記解析区間設定部は、
   前記複数の候補値毎の相関係数に基づいて、前記複数の候補値の中から、好適な前記解析区間の長さを設定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の溶接観察装置。
4. 前記解析区間設定部は、
   前記複数の候補値毎の相関係数をユーザに呈示して、前記複数の候補値の中から、好適な前記解析区間の長さをユーザに設定させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の溶接観察装置。
5. 前記溶融部位の画像における前記気泡の発生している気泡発生部分画像のユーザの入力を受け付けるユーザ入力受付部をさらに備え、
   前記気泡検出部は、
   前記溶融部位の画像に対して前記気泡発生部分画像を用いた画像認識処理を行うことにより、前記溶融部位の画像から前記気泡を検出する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の溶接観察装置。
6. 前記溶接欠陥検知部による前記溶接欠陥の発生の検知結果を出力する検知結果出力部をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の溶接観察装置。
7. 前記溶融部位の画像を撮像する撮像手段と、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の溶接観察装置と
   を備えることを特徴とする溶接観察システム。
8. アーク溶接における溶融部位を観察する溶接観察方法であって、
   前記溶融部位において発生した気泡を検出する気泡検出工程と、
   前記アーク溶接における所定の移動距離を有する解析区間毎に、前記気泡検出工程において検出された前記気泡の積算数を算出する積算数算出工程と、
   前記解析区間毎の前記積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を検知する溶接欠陥検知工程と
   を含むことを特徴とする溶接観察方法。
9. アーク溶接における溶融部位を観察する溶接観察に用いられるプログラムであって、
   コンピュータを、
   前記溶融部位において発生した気泡を検出する気泡検出部、
   前記アーク溶接における所定の移動距離を有する解析区間毎に、前記気泡検出部によって検出された前記気泡の積算数を算出する積算数算出部、および、
   前記解析区間毎の前記積算数に基づいて、溶接欠陥の発生を検知する溶接欠陥検知部
   として機能させることを特徴とするプログラム。

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