JP2515143B2 - 画像処理による開先検出法 - Google Patents

画像処理による開先検出法

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JP2515143B2 JP63170778A JP17077888A JP2515143B2 JP 2515143 B2 JP2515143 B2 JP 2515143B2 JP 63170778 A JP63170778 A JP 63170778A JP 17077888 A JP17077888 A JP 17077888A JP 2515143 B2 JP2515143 B2 JP 2515143B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は例えば自動アーク溶接のための開先を溶接ト
ーチに先行して撮像し、画像情報からルートギャップ幅
を求める方法に関するものである。
[従来の技術] ルートギャップ幅を検出して溶接電流を制御すること
により溶込みを制御するアーク溶接法がある。この場合
のルートギャップ幅は、CCDカメラ等でトーチの手前で
撮像した開先の画像処理結果のピーク点の位置検出によ
り検出していた。例えば、溶接アークを所定の状態に保
持する溶接条件を設定するために必要な開先に関する情
報を、開先の画像の輝度から積分・微分処理を行い検出
する開先検出装置は本願発明者らによって特願昭62-899
08号で既に出願されている。
第4図は上記開先検出装置の構成を示す説明図、第5
図は同装置の処理工程のフローチャト、第6図は処理工
程のタイムチャートである。
第4図において、撮像装置2の視野内に母材26と開先
面30とルートギャップ幅28が入るように、初期設定が行
われる(第5図ステップSA参照)。尚、24は溶接時に発
生するヒュームを除去するためのエアーノズルである。
撮像装置2からの画像信号は、制御部4に入力される
ようになっている(ステップSB参照)。この制御部4
は、メモリ6と、演算処理部8に各々接続されている。
この演算処理部8は、積分手段10、微分手段12、検出手
段14、演算手段16を各々有している。また、検出手段14
には、誤検出による大幅な変動を抑制するリミッタ18が
設けられている。
制御部4では、通常は情報処理の高速化・簡略化のた
め、撮像装置2の画像に対して、第6図(A)の一点鎖
線で示すような微小領域のみが処理領域として設定ない
し限定され、これらの領域内の画素データがメモリ6か
ら読み出されて、以後の信号処理が行われる。また、各
領域は溶接進行と共にルートギャップ端GA,GB、ショル
ダKA,KBの位置を追尾するようになっている。
第6図(C)には、適宜のX座標値における各画素の
輝度データが示されている。この図に示すように、輝度
は一般に開口面20で高く、ルートギャップの部分では低
い。しかし、光学ノイズの影響により、ルートギャップ
端GA,GB、ショルダKA,KBの位置を良好に検出することは
困難である。
そこで、かかる画素の輝度に対して、積分手段10によ
り、Y座標のものをX方向に加算する位置積分が行われ
る(ステップSC参照)。
X方向の位置積分が、第6図(A)の一点鎖線で示さ
れている指定領域内の画素について行われ、その結果、
同図(D)に示すような輝度の積分データが得られる
(図中、破線は積分処理の行われていない部分を示
す)。
次に、以上のような積分データに対して、微分手段12
により微分が行われる(ステップSD参照)。この微分
は、微分値を求める画素の左右2つ目に各々位置する画
素の輝度(QA,QB)の差の絶対値を求めることによって
行われる。
微分値=|QA−QB| 第6図(E)には、以上のようにして求められた微分
データが示されており、ルートギャップGA,GB、ショル
ダKA,KBに対応するピークが鮮明に表れている。
次に以上のようにして求めらられた微分輝度データに
対して、検出手段14によるルートギャップGA,GB、ショ
ルダKA,KBの位置検出、ルートギャップ幅の計測が行わ
れる(ステップSE参照)。
すなわち、第6図(A)に示す指定領域内で同図
(E)の微分値が最大の画素の位置が求められ、ルート
ギャップGA,GB、ショルダKA,KBの位置として検出され
る。検出されたルートギャップGA,GBから、ルートギャ
ップ幅28が計測される。
次に、所定の換算式を用いて、前記計測されたギャッ
プ幅28から、溶接電流指令値と溶接速度等の溶接データ
が、演算手段16によって算出される(ステップSF参
照)。この溶接データは、一度メモリ6に格納され、所
定の遅延の後、制御部4から溶接制御装置20に出力され
(ステップSG参照)、溶接トーチ22の溶接電流指令値と
溶接速度等を制御する。
以上の動作が繰返し行われ、すべての溶接が終了する
と、装置の動作も終了する(ステップSH参照)。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら前記装置の検出方法では、ルートギャッ
プが裏側からの光などで画像中に現われなくなったり、
仮付け溶接部分等で、実際にルートギャップが埋ってい
る場合等も同様に、画像中にルートギャップ情報が現わ
れないので、ギャップ幅が検出不能となる。また、上記
のような特別な場合でなくとも、輝度の差が開先面とあ
まりなければ、ヒューム・開先面のキズ等によるノイズ
を、ギャップ幅と誤認して誤作動の原因となりかねない
可能性があった。
そこで本発明は、溶接中にルートギャップ端の消失等
によるルートギャップ位置を検出し難い状況でも確実に
溶接をすることの可能な画像による開先検出法を得るこ
とを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係る画像処理による開先検出法では、撮像手
段によって撮像された開先画像の画像情報に対して、積
分処理を行う積分工程と、;積分された画像情報に対し
て、微分処理を行う微分工程と、;微分された画像情報
から、開先寸法に関する情報を得る検出工程を含み、開
先に対して溶接アークを所定の状態に保持するための溶
接条件を制御するために必要な2つのルートギャップ端
GA,GB、2つのショルダKA,KBの位置に関する情報を各々
に対応する二次元的な検出領域を限定して得る画像処理
による開先検出法において、 前記2つのルートギャップ端GA,GBに対応するピーク
値が所定値以上であるか否かを判定する判定工程を有
し、 前記判定工程で所定値以上である場合、前記各ピーク
値により2つのルートギャップ端GA,GBの位置を求めて
ルートギャップ幅を決定し、 前記判定工程で所定値未満である場合、前記2つの開
先のショルダKA,KBの位置より計算で間接的に2つのル
ートギャップ端GA,GB間の幅寸法を決定するものであ
る。
[作用] 本発明においては、微分工程あとに、開先のルートギ
ャップのピーク値が所定値以上であるか否かを判定し、
所定値未満である場合、検出された開先のショルダKA,K
Bの位置より計算で間接的にギャップ幅の推定値を決定
するものである。
その計算方法は、検出された開先のショルダKA,KBの
各々の位置から計測される実測ショルダ幅Lと初期設定
時に予め記憶しておいた開先形状の基準ショルダ幅L0
基準ルートギャップ幅G0を使って下記の算出式により推
定ルートギャップ幅Gを算出する。
G=G0+L−L0 [実施例] 第1図は本願検出法による開先検出装置の構成を示す
説明図、第2図は同装置の処理工程のフローチャト、第
3図は仮付け溶接部分の処理工程のタイムチャートであ
る。
第1図において、撮像装置42の視野内に母材66と開先
面70とルートギャップ幅Gが入るように、初期設定が行
われ、同時に開先形状の基準ショルダ幅L0、基準ルート
ギャップ幅G0等の基礎データの値が入力される(第2図
ステップSa参照)。尚、64は溶接時に発生するヒューム
を除去するためのエアーノズルである。
撮像装置42からの画像信号は、制御部44に入力される
ようになっている(ステップSb参照)。この制御部44
は、メモリ46と、演算処理部48に各々接続されている。
この演算処理部48は、積分手段50、微分手段52、検出手
段54、判定手段55、演算手段56を各々有している。ま
た、検出手段54には、誤検出による大幅な変動を抑制す
るリミッタ58が設けられている。
制御部44では、通常は情報処理の高速化・簡略化のた
め、撮像装置42の画像に対して、第3図(A)の一点鎖
線で示すような微小領域のみが処理領域として設定ない
し限定され、これらの領域内の画素データがメモリ46か
ら読み出されて、以後の信号処理が行われる。また、各
領域は溶接進行と共にルートギャップ端GA,GB、ショル
ダKA,KBの位置を追尾するようになっている。
第3図(C)には、ルートギャップ部で裏側より仮付
け溶接されている溶接部分69を含んだXa部位における各
画素の輝度データが示されている。この図に示すよう
に、ルートギャプ幅の部分の輝度はある程度低くなって
いるが、開先内の輝度分布は全体に平坦な不明瞭なもの
になる。全体的な光学ノイズの影響により、ルートギャ
ップ端GA,GBは元より、ショルダKA,KBの位置を良好に検
出することは困難である。
そこで、かかる画素の輝度に対して、積分手段50で、
Y座標のものをX方向に加算することにより位置積分が
行われる(ステップSc参照)。
X方向の位置積分が、第3図(A)の一点鎖線で示さ
れている4つの指定領域内の画素について行われ、その
結果、同図(D)に示すような輝度の積分データが得ら
れる(図中、破線は積分処理の行われていない部分を示
す)。
次に、以上のような積分データに対して、微分手段52
により微分が行われる(ステップSd参照)。この微分
は、微分値を求める画素の左右2つ目に各々位置する画
素(QA,QB)間の輝度差の絶対値を求めることによって
行われる。
微分値=|QA−QB| 第3図(E)には、以上のようにして求められた微分
データが示されている。以上のようにして求められた微
分輝度データに対して、検出手段54によるルートギャッ
プGA,GB、ショルダKA,KBの位置検出、ルートギャップ幅
の計測が行われる(ステップSe参照)のであるが、図の
ようにショルダKA,KBに対応するピークが鮮明に表れて
いるが、一方ルートギャップGA,GBに対応するピークは
開先面70と輝度差があまりないために、鮮明には表れて
いないことが判る。この時ノイズ等が生じ、ルートギャ
ップGA,GBに対応するピークよりも高くなった場合に
は、そのノイズをルートギャップ端としてしまい、誤動
作を生じる可能性がある。
そこで、検出されたルートギャップGA,GBに対応する
ピークについて、予め決めていた所定値以上であるか否
かを判定する判定を行う(ステップSi参照)。
所定値以上である場合には、検出手段54によって検出
された値、即ち第3図(A)に示す指定領域内で同図
(E)の微分値が最大の画素の位置を、ルートギャップ
GA,GB、ショルダKA,KBの位置として検出され、検出され
たルートギャップGA,GBから、ルートギャップ幅Gを計
測し、その値を次の演算手段56に送る。
所定値より小さいばあいには、微分によって検出され
た開先のショルダKA,KBの各々の位置から計測される実
測ショルダ幅Lと初期設定時に予め記憶しておいた開先
形状の基準ショルダ幅L0、基準ルートギャップ幅G0を使
って下記の算出式(1)により推定ルートギャップ幅G
を算出し(ステップSj参照)、その値を次の演算手段56
に送る。
G=G0+L−L0 …(1) ところで、接合すべき2部材間の開先のルートギャッ
プ幅の変化に対して或る溶込み深さを保つための溶接電
流の大きさの変化特性が溶接ワイヤおよびシールドガス
などの使用材料に特有の関係として種々の溶込み深さに
ついて予め実験により求められる。例えば、溶接電流を
I、ルートギャップ幅をG、ルートギャップ幅が零のと
きの溶接電流をI0とすると、或る溶接速度範囲内におい
ては、 I=I0−kG …(2) の線形式で表せるリニアな変化特性が得られることが確
かめられており、但し上式でkは前記使用材料等によっ
て一義的に定まる定数である。
また同様に、溶接速度Vも下記の換算式(3)のよう
に予め実験により求められる。
V=K・Vf/(S0+ΔS(G)) …(3) 但し、Kはワイヤ断面積、Vfはワイヤ送給速度、S0
ギャップ0のときの適正溶着断面積、ΔS(G)は開先
断面積増加量である。
そこで、上記換算式(2)、(3)を用いて、前記計
測及び算出されたギャップ幅Gから、溶接電流指令値と
溶接速度等が演算手段56によって算出される(ステップ
Sf参照)。この溶接データは、一度メモリ46に格納さ
れ、所定の遅延の後、制御部44から溶接制御装置60に出
力され(ステップSg参照)、溶接トーチ62の溶接電流指
令値と溶接速度等を制御する。
以上の動作が繰返し行われ、すべての溶接が終了する
と、装置の動作も終了する(ステップSh参照)。
上述のように判定工程を行うことにより、仮付け溶接
や裏側からの光などによって、溶接工程中に画像データ
中にルートギャップが表れていないでもルートギャップ
幅の出力を確保でき、溶込み制御が確実に実施できる。
更に、所定値より小さい微分値ピークは切り捨てるので
誤動作も少なくなり、信頼性も大幅に高まった。
また、表面溶接後の裏面溶接継手の開先はすでに表面
溶接部の底が溶けこんでいるのでルートギャップが存在
しない場合がある。この様な場合でも本願画像処理によ
る開先検出法では、他に特別な措置を必要とせず溶接を
実施することが可能となる。
[発明の効果] 本発明は以上説明したとおり、開先のルートギャップ
のピーク値が所定値以上であるか否かを判定する判定工
程を有することにより、仮付け溶接や裏側からの光など
によって、溶接工程中に画像データ中にルートギャップ
が表れていないでもルートギャップ幅の出力を確保でき
溶込み制御が確実に実施できる。更に、所定値より小さ
いデータは切り捨てるので誤動作も少なくなり、信頼性
も大幅に高まるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願検出法による開先検出装置の構成を示す説
明図、第2図は同装置の処理工程のフローチャト、第3
図は仮付け溶接部分の処理工程のタイムチャート、第4
図は上記開先検出装置の構成を示す説明図、第5図は同
装置の処理工程のフローチャト、第6図は処理工程のタ
イムチャートである。 図において、50は積分手段、52は微分手段、54は検出手
段、55は判定手段、56は演算手段である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像手段によって撮像された開先画像の画
    像情報に対して、積分処理を行う積分工程と、;積分さ
    れた画像情報に対して、微分処理を行う微分工程と、;
    微分された画像情報から、開先寸法に関する情報を得る
    検出工程を含み、開先に対して溶接アークを所定の状態
    に保持するための溶接条件を制御するために必要な2つ
    のルートギャップ端GA,GB、2つのショルダKA,KBの位置
    に関する情報を各々に対応する二次元的な検出領域を限
    定して得る画像処理による開先検出法において、 前記2つのルートギャップ端GA,GBに対応するピーク値
    が所定値以上であるか否かを判定する判定工程を有し、 前記判定工程で所定値以上である場合、前記各ピーク値
    により2つのルートギャップ端GA,GBの位置を求めてル
    ートギャップ幅を決定し、 前記判定工程で所定値未満である場合、前記2つの開先
    のショルダKA,KBの位置より計算で間接的に2つのルー
    トギャップ端GA,GB間の幅寸法を決定する画像処理によ
    る開先検出法。
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