JP2825414B2 - Arc welding imaging method and apparatus - Google Patents

Arc welding imaging method and apparatus

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JP2825414B2
JP2825414B2 JP5145993A JP14599393A JP2825414B2 JP 2825414 B2 JP2825414 B2 JP 2825414B2 JP 5145993 A JP5145993 A JP 5145993A JP 14599393 A JP14599393 A JP 14599393A JP 2825414 B2 JP2825414 B2 JP 2825414B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接状態をテレ
ビカメラで撮影し、モニタテレビを観察しながら遠隔操
作にて溶接作業を行うため、あるいは、テレビカメラの
画像信号を用いて自動溶接機を制御するために必要な、
アーク溶接の撮影方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic welding machine for photographing an arc welding state with a television camera and performing a welding operation by remote control while observing a monitor television, or using an image signal of the television camera. Necessary to control the
The present invention relates to a method and an apparatus for photographing arc welding.

【0002】[0002]

【従来技術】通常のアーク溶接では、溶接作業者が図2
に示すようなアーク49,溶融プール47,ビード4
8,開先46などを観察しながら溶接状態を判断し、こ
れに対応して溶接制御装置を操作して適正な溶接を行っ
ている。また、溶接作業者が直接観察したり操作できな
い危険な溶接箇所や狭い溶接箇所を溶接する際には、溶
接状態をテレビカメラで撮影し、撮影した画像をモニタ
ーテレビで観察しながら溶接機を遠隔操作する方法や、
テレビカメラの画像信号を用いて溶接機を自動制御する
方法が試みられている。
2. Description of the Related Art In a normal arc welding, a welding operator is required to operate as shown in FIG.
Arc 49, molten pool 47, bead 4
8. The welding state is determined while observing the groove 46 and the like, and the welding control device is operated in accordance with this to perform appropriate welding. Also, when welding dangerous or narrow welding spots that cannot be directly observed or operated by the welding operator, the welding condition should be photographed with a TV camera, and the captured image should be observed remotely on a monitor TV. How to operate,
A method of automatically controlling a welding machine using an image signal of a television camera has been attempted.

【0003】このような方法でアーク溶接を遠隔操作し
たり自動制御を行うためには、アーク49,溶融プール
47,ビード48,開先46などが良好に撮影されなけ
ればならない。しかし、アーク溶接をテレビカメラで撮
影する場合には、次のような問題がある。すなわち、ア
ーク光は強い光を発するが溶融プール,ビード,開先な
どからの光は相対的に暗いので、実際の入射光の強度範
囲がテレビカメラの適正な感度範囲よりも広い。このた
め、光強度の強いアークを良好に撮影するために、フィ
ルタを濃くしたり絞りを閉じるなどすると、光強度の弱
い溶融プール,ビード,開先部分などが良好に撮影でき
なくなる。一方、溶融プール,ビード,開先部分などを
良好に撮影するために、フィルタを薄くしたり絞りを開
くと、光強度の強いアーク光が入射され、アーク周辺に
残像が現れ良好に撮影できなかったり、あるいは、撮像
素子を破壊することもある。最近では、アーク溶接の強
烈な光を撮影しても残像や撮像素子の破壊が生じないC
CDカメラが開発されているので、これを用いれば、溶
接部を撮影できる。しかし、このようなCCDカメラを
利用する場合であっても、溶接部を撮影しても残像や撮
像素子の破壊は生じないが、強烈なアーク光を撮影した
場合には、スミヤ現象と呼ばれる画像の白色ノイズが画
像の上下方向に発生する。このため、溶融プール,ビー
ド,開先などの一部分が観察できない場合があり、その
結果、溶接作業者が操作ミスをしたり、画像信号処理に
よる自動制御において誤動作が生じる場合があった。
In order to remotely control or automatically control arc welding by such a method, the arc 49, the molten pool 47, the bead 48, the groove 46, and the like must be photographed well. However, when the arc welding is photographed with a television camera, there are the following problems. That is, the arc light emits strong light, but the light from the molten pool, the bead, the groove, and the like is relatively dark, so that the intensity range of the actual incident light is wider than the appropriate sensitivity range of the television camera. For this reason, if the filter is deepened or the aperture is closed in order to satisfactorily shoot an arc having a high light intensity, it becomes impossible to satisfactorily shoot a molten pool, a bead, a groove, or the like having a low light intensity. On the other hand, if the filter is made thinner or the aperture is opened in order to photograph the molten pool, bead, groove, etc. better, arc light with high light intensity will be incident, and afterimages will appear around the arc, making it impossible to photograph well. Or the image sensor may be destroyed. Recently, even after shooting the intense light of arc welding, no residual image or destruction of the image sensor occurs.
Since a CD camera has been developed, it is possible to take an image of a welded portion by using this. However, even when such a CCD camera is used, afterimages and destruction of the image sensor do not occur even when the welded portion is photographed, but when an intense arc light is photographed, an image called a smear phenomenon is generated. White noise occurs in the vertical direction of the image. For this reason, a part of the molten pool, the bead, the groove, and the like may not be observed, and as a result, a welding operator may make an operation error or a malfunction may occur in automatic control by image signal processing.

【0004】かかる問題を解決するために、溶接の強烈
なアーク光を選択的に減光する方法が、従来より提案さ
れている。まず、特公平3−71220号公報では、ア
ーク光のスペクトルがピークとなる波長帯域は短波長側
にあり、溶融プールの輻射スペクトルの波長帯は長波長
側にあることから、ある特定の波長帯において両者の光
強度の差が小さくなることに着目し、アーク光の強度が
溶融プールからの光の強度よりもそれほど大きくはなら
ない長波長帯域だけをフィルタあるいは赤外線テレビカ
メラを用いて選択し、それ以外の短波長帯域を除去して
撮影する方法が提案されている。これにより、明るいア
ーク光があっても溶融プールの撮影が可能であるとされ
ている。
[0004] In order to solve such a problem, a method of selectively dimming intense arc light of welding has been conventionally proposed. First, in Japanese Patent Publication No. 3-71220, the wavelength band where the spectrum of the arc light peaks is on the short wavelength side, and the wavelength band of the radiation spectrum of the molten pool is on the long wavelength side. Focusing on the fact that the difference in light intensity between the two becomes smaller, only the long wavelength band where the intensity of the arc light is not so much greater than the intensity of the light from the molten pool is selected using a filter or an infrared TV camera, and There has been proposed a method of taking an image by removing a short wavelength band other than the above. It is stated that this makes it possible to photograph the molten pool even with bright arc light.

【0005】また、特開昭54−99754号公報で
は、アーク光のスペクトルがピークとなる波長帯域が短
波長側にあり、溶融プールの輻射スペクトルの波長帯が
長波長側にあることから、短波長側の光を通すフィルタ
1、または、長波長側の光を通すフィルタ2を介して交
互にテレビカメラで撮影し、フィルタ1で撮影した画像
から開先の位置・幅,及び溶接トーチ位置が、またフィ
ルタ2で撮影した画像から溶融プール位置・幅が計測可
能であるとされている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-99754, the wavelength band where the spectrum of the arc light peaks is on the short wavelength side, and the wavelength band of the radiation spectrum of the molten pool is on the long wavelength side. Images are alternately taken by a television camera through a filter 1 that transmits light on the wavelength side or a filter 2 that transmits light on the long wavelength side, and the position and width of the groove and the position of the welding torch are determined from the image taken by the filter 1. Further, the position and width of the molten pool can be measured from an image captured by the filter 2.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、開先などは
アークに比ベて光強度が弱く暗いが、これらの部分もア
ーク光に照らされ、その反射光によって認識される。し
たがって、特公平3−71220号公報のように、アー
ク光の強度が溶融プールからの光の強度よりそれほど大
きくはならない長波長帯域をフィルタあるいは赤外線テ
レビカメラで選択して撮影すると、アーク光を反射して
いる開先部分の明るさも同様に低下する。また、特開昭
54−99754号公報のように、短波長側の光を通す
フィルタ1、または、長波長側の光を通すフィルタ2を
介して交互に撮影する方法でも、シルエットになった開
先上端部の位置・幅の観察や測定は可能であるが、通常
適用されるV開先やレ型開先に適用した場合には、フィ
ルタ1を通した画像に当然強烈なアーク光が同じ視野に
入るため、残像が発生したりCCDカメラではスミヤ現
象が発生し、開先底部のギャップやビード幅などは良好
に撮影できない、という問題があった。
The groove and the like have a lower light intensity than the arc and are darker, but these portions are also illuminated by the arc light and are recognized by the reflected light. Therefore, as described in Japanese Patent Publication No. 3-71220, when a long wavelength band in which the intensity of the arc light is not so much larger than the intensity of the light from the molten pool is selected by a filter or an infrared television camera and photographed, the arc light is reflected. The brightness of the beveled portion also decreases. Also, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-99754, a method of alternately photographing through a filter 1 that transmits light of a short wavelength side or a filter 2 that transmits light of a long wavelength side is used. Observation and measurement of the position and width of the top end is possible, but when applied to the normally applied V-groove or groove-shaped groove, the intense arc light is naturally the same as the image passed through the filter 1. Since it enters the field of view, an afterimage occurs or a smear phenomenon occurs in the CCD camera, so that the gap at the bottom of the groove or the bead width cannot be photographed well.

【0007】従って本発明は、CCDカメラを用いてア
ーク溶接部を撮影した場合に発生するスミヤ現象と呼ば
れる画像の白色ノイズを取り除き、良好な溶接画像を得
るアーク溶接撮影方法および装置を提供することを課題
とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an arc welding photographing method and apparatus capable of removing a white noise of an image called a smear phenomenon generated when photographing an arc welded portion by using a CCD camera and obtaining a good welding image. Is the subject.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、2台のCCDカメラを用い一方のCCDカ
メラで撮影した垂直方向の画像が他方のCCDカメラで
撮影した水平方向の画像と一致するように撮影すること
により、一方のCCDカメラの画像に発生したスミヤ現
象部分を、他方のCCDカメラの正常な画像と置き換
え、良好な画像を得ることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses two CCD cameras and a vertical image taken by one CCD camera and a horizontal image taken by the other CCD camera. By capturing images so as to match each other, a smear phenomenon portion generated in an image of one CCD camera is replaced with a normal image of the other CCD camera, and a good image is obtained.

【0009】即ち、本発明のアーク溶接の撮影方法で
は、溶接ワイヤと被溶接物との間に生じるアークおよび
その周辺をCCDカメラで撮影する方法において、被写
体からCCDカメラに至る光軸を光軸分離器で分離した
後、2台のCCDカメラを用いてアーク溶接像を撮影す
るとき、一方のCCDカメラで撮影した垂直方向の画像
が他方のCCDカメラで撮影した水平方向の画像と一致
するように撮影し、2台のCCDカメラのそれぞれの輝
度を示す画像信号をA/D変換した画像データを記憶す
ると共に、記憶されたそれぞれの輝度を示す画像データ
を被写体の垂直方向と水平方向が一致するように取り出
し比較して、輝度を示す画像データが小さい方の画像デ
ータを採用して画像を合成する、あるいは、一方の輝度
を示す画像データがしきい値より大きいとき他方の画像
データを採用して画像を合成することを特徴とする。
That is, according to the method for photographing arc welding of the present invention, in the method for photographing the arc generated between the welding wire and the workpiece and the periphery thereof with a CCD camera, the optical axis from the subject to the CCD camera is changed to the optical axis. When the arc welding image is photographed using two CCD cameras after separation by the separator, the vertical image photographed by one CCD camera coincides with the horizontal image photographed by the other CCD camera. And image data obtained by A / D conversion of image signals indicating the respective luminances of the two CCD cameras are stored, and the stored image data indicating the respective luminances coincide with the vertical and horizontal directions of the subject. The image data indicating the luminance is used to combine the images, or the image data indicating one of the luminances is Wherein the combining images employ other image data is greater than the threshold.

【0010】また本発明のアーク溶接の撮影装置では、
溶接ワイヤと被溶接物との間に生じるアークおよびその
周辺をCCDカメラで撮影する装置において、被写体か
らCCDカメラに至る光軸を光軸分離器(2),前記光
軸分離器(2)により2本に分離され、それぞれの光軸
を中心に相対的に90°回転した位置に取り付けた2台
のCCDカメラ(3),(4),2台のCCDカメラ
(3),(4)の画像信号をデジタル変換するA/D変
換器(5),(6),デジタル変換した画像データを記
憶するメモリー(7),(8),メモリー(7),
(8)に記録された2台のCCDカメラ(3),(4)
による画像データを合成する画像データ合成器(9)を
設けたことを特徴とする。
In the arc welding photographing apparatus of the present invention,
In an apparatus for photographing an arc generated between a welding wire and an object to be welded and a periphery thereof with a CCD camera, an optical axis from a subject to the CCD camera is separated by an optical axis separator (2) and the optical axis separator (2). The two CCD cameras (3), (4), and two CCD cameras (3), (4), which are separated into two and attached at positions rotated by 90 ° relative to their respective optical axes, A / D converters (5) and (6) for digitally converting image signals, memories (7) and (8) for storing digitally converted image data, memory (7),
Two CCD cameras recorded in (8) (3), (4)
An image data synthesizer (9) for synthesizing image data according to (1) is provided.

【0011】ここで、輝度とはCCDカメラの撮像素子
に投影される単位面積当りの光のエネルギーと定義し、
画像信号は輝度に応じた電圧がCCDカメラから出力さ
れるアナログ信号と定義し、画像データは画像信号をA
/D変換器でデジタル値に変換した値と定義する。した
がって、被写体の中で白い部分は輝度が高く、黒い部分
は輝度が低い。CCDカメラから出力される画像信号は
輝度が高い部分では出力電圧が高く、輝度の低い部分は
出力電圧が低い。輝度の高い部分の画像データは大き
く、輝度の低い部分の画像データは小さい。
Here, the luminance is defined as the energy of light per unit area projected on the image pickup device of the CCD camera.
The image signal defines a voltage corresponding to the luminance as an analog signal output from the CCD camera.
It is defined as a value converted into a digital value by the / D converter. Accordingly, a white portion in the subject has high luminance, and a black portion has low luminance. The image signal output from the CCD camera has a high output voltage in a high luminance portion, and has a low output voltage in a low luminance portion. The image data of the high luminance part is large, and the image data of the low luminance part is small.

【0012】[0012]

【作用】以下、本発明について詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0013】図1に示すようにアーク溶接部1を撮影す
るとき、光軸15を光軸A(16),光軸B(17)の
2つに分離し、CCDカメラA(3)にてそのまま光軸
A(16)を撮影するとともに、CCDカメラB(4)
にて光軸B(17)を中心に90度回転して撮影すれ
ば、モニタテレビA(13)及びモニタテレビB(1
4)で、それぞれ図3の画面A及び図4の画面Bが観察
できる。CCDカメラB(4)は光軸に対し90度回転
して撮影しているので、溶接画像は画面Aに対し−90
度回転した画面Bが得られる(右回りを正とした)。し
かし、スミヤ現象50は撮像素子の垂直同期方向(モニ
タテレビの垂直方向)に発生する。ここで、画像Bの溶
接画像が画像Aと一致するように画像Bを90度回転さ
せて重ね合わせれば、スミヤ現象による白い帯状のノイ
ズ部分50は、アーク光を中心に直行した位置関係にな
る。したがって、画面Aのスミヤ現象が発生し画像デー
タとして使えない部分を、画面Bの画像データで置き換
える事により、スミヤ現象のない良好な画像C(図5)
を得ることができる。スミヤ現象の発生した画像A(図
3)において、h1からh2間の輝度を示す画像信号
は、図7に示すように中央のS7〜S8のスミヤ現象に
よる白い帯状のノイズ部分は、非常に明るく輝度が高く
画像信号の電圧は最大値を示す。周辺のS1〜S2とS
13〜S14は、鋼板表面でアーク光に照らされていな
いため、暗く輝度は低く電圧は低い。S3〜S4とS1
1〜S12は、開先内でアーク光の反射光でやや明るく
輝度はやや高く電圧はやや高い。S5〜S6とS9〜S
10は、ビード表面でアーク光の反射光は少なく、やや
暗く輝度はやや低く電圧はやや低い。従って、適当なし
きい値Kを設ければ、Kより小さい画像信号は正常な部
分、Kより大きい画像信号はスミヤ現象の異常な部分と
して判別できる。あるいは、画像Aと画像Bの溶接画像
が一致するように、それぞれの輝度を示す画像データを
読み出し、両者を比較して値の小さい方の画像データを
採用すれば、スミヤ現象のない画像が得られる。なお、
スミヤ現象はCCDカメラ特有の現象で、アーク光のよ
うに高輝度の被写体を撮影したときに起こり、高輝度の
被写体を中心に上下に白い帯状のノイズが発生する現象
である。高輝度の像を撮像素子に投影させたとき、光電
変換時の電荷が過剰に発生する。CCDカメラでは光電
変換されチャージされた電荷を映像信号として取り出す
とき、撮像素子のチャージされた電荷を垂直方向に転送
させ、さらに、水平方向に転送する動作を順次繰り返し
て取り出す。このとき、垂直方向に転送させる過程で過
剰な電荷が正常な画像に加算されるので、白い帯状のノ
イズが発生する。
As shown in FIG. 1, when photographing the arc welded portion 1, the optical axis 15 is separated into two optical axes A (16) and B (17), and the optical axis 15 is separated by the CCD camera A (3). The optical axis A (16) is photographed as it is, and the CCD camera B (4)
If the image is taken by rotating the optical axis B (17) by 90 degrees at the center, the monitor TV A (13) and the monitor TV B (1)
4), the screen A of FIG. 3 and the screen B of FIG. 4 can be observed, respectively. Since the CCD camera B (4) is rotated at an angle of 90 degrees with respect to the optical axis for photographing, the welding image is displayed at -90 with respect to the screen A
Screen B rotated by degrees is obtained (clockwise is defined as positive). However, the smear phenomenon 50 occurs in the vertical synchronization direction of the image sensor (vertical direction of the monitor television). Here, if the image B is rotated by 90 degrees and overlapped so that the welding image of the image B matches the image A, the white band-like noise portion 50 due to the smear phenomenon has a positional relationship perpendicular to the arc light. . Therefore, by replacing the portion of the screen A where the smear phenomenon occurs and cannot be used as image data with the image data of the screen B, a good image C without the smear phenomenon (FIG. 5)
Can be obtained. In the image A (FIG. 3) in which the smear phenomenon has occurred, the image signal indicating the luminance between h1 and h2 has a white band-like noise portion due to the smear phenomenon in the center S7 to S8 as shown in FIG. The luminance is high and the voltage of the image signal shows the maximum value. Surrounding S1 to S2 and S
Since 13 to S14 are not illuminated by the arc light on the steel sheet surface, they are dark, have low luminance, and have low voltage. S3 ~ S4 and S1
1 to S12 are slightly bright, slightly higher in luminance, and slightly higher in voltage in the groove, as reflected light of arc light. S5 to S6 and S9 to S
Reference numeral 10 indicates that the arc light is slightly reflected on the bead surface, is slightly dark, the luminance is slightly low, and the voltage is slightly low. Therefore, if an appropriate threshold value K is provided, an image signal smaller than K can be determined as a normal portion, and an image signal larger than K can be determined as an abnormal portion of the smear phenomenon. Alternatively, by reading out image data indicating the respective luminances so that the welding images of the image A and the image B coincide with each other, and comparing the two, and using the image data having the smaller value, an image free of smear phenomenon can be obtained. Can be In addition,
The smear phenomenon is a phenomenon peculiar to a CCD camera, and occurs when a high-brightness subject such as arc light is photographed, and a white band-like noise is generated above and below the high-brightness subject. When a high-brightness image is projected on an image sensor, an excessive charge is generated during photoelectric conversion. In the CCD camera, when taking out the electric charge which has been photoelectrically converted and charged as a video signal, the operation of transferring the charged electric charge of the imaging device in the vertical direction and further in the horizontal direction is sequentially and repeatedly taken out. At this time, an excess charge is added to a normal image in the process of transferring in the vertical direction, so that white band noise is generated.

【0014】一般のテレビカメラから出力される画像信
号においては、まず画面の左上から右上へ走査して得ら
れた水平1ラインの信号が現われ、続いて2番目,3番
目,4番目,・・・の各水平1ラインの信号が順次に現
われ、水平1ラインの位置は、上から下へ順次に走査さ
れる。CCDカメラAで撮影した図3の画像Aにおいて
は、まず溶接トーチの左上側から右上側へ走査して得ら
れた水平1ラインの信号が現われ、続いて2番目,3番
目,4番目,・・・の各水平1ラインの信号が順次に現
われ、水平1ラインの位置は、溶接トーチの上方から開
先のある下方へ順次に走査される。またCCDカメラB
で撮影した図4の画像Bにおいては、溶接トーチの右上
側から開先のある右下側へ走査して得られた水平1ライ
ンの信号が現われ、続いて2番目,3番目,4番目,・
・・の各水平1ラインの信号が順次に現われ、水平1ラ
インの位置は、溶接トーチの右側から左側へ順次に走査
される。したがって、画像Aと画像Bのそれぞれ順番に
出力された画像信号は、そのままでは溶接画像の位置が
対応しない。そこで次のようにして、画像Bの溶接画像
と画像Aを一致させる。即ち、CCDカメラAとCCD
カメラBの画像信号をA/D変換し、それぞれの画像デ
ータをいったんメモリーにデジタル記憶してから、画像
データの読み出す順序を画像Aでは左上から右上へこれ
を上から下の順番で読み出し、画像Bでは左下から左上
へこれを左から右の順番で読み出す方法で画像Aと画像
Bの溶接画像の位置を一致させる。
In an image signal output from a general television camera, first, a horizontal one-line signal obtained by scanning from the upper left to the upper right of the screen appears, followed by the second, third, fourth,. The signals of one horizontal line appear sequentially, and the position of one horizontal line is sequentially scanned from top to bottom. In the image A of FIG. 3 taken by the CCD camera A, first, a signal of one horizontal line obtained by scanning from the upper left to the upper right of the welding torch appears, followed by the second, third, fourth,. The signals of each horizontal one line appear sequentially, and the position of one horizontal line is sequentially scanned from above the welding torch to below the groove. CCD camera B
In the image B of FIG. 4 photographed in the above, a signal of one horizontal line obtained by scanning from the upper right side of the welding torch to the lower right side of the groove appears, followed by the second, third, fourth, and fourth signals.・
The signals of one horizontal line appear sequentially, and the position of one horizontal line is sequentially scanned from the right side to the left side of the welding torch. Therefore, the image signals output in order of the image A and the image B do not correspond to the positions of the welding images as they are. Therefore, the welding image of the image B and the image A are matched as follows. That is, CCD camera A and CCD
The image signal of the camera B is A / D-converted, each image data is once digitally stored in a memory, and then the image data is read out from the upper left to the upper right in the image A in the order from top to bottom. In B, the positions of the welding images of the image A and the image B are matched by a method of reading the welding images from the lower left to the upper left in order from left to right.

【0015】図1の光軸分離器2は、ハーフミラーやプ
リズムを用いることができる。この場合ハーフミラーや
プリズムの反射光は、透過光に対し左右が反転する。こ
れを補正するためには次のようにすればよい。即ち、反
射光あるいは透過光のどちらか一方を、ミラーを用いて
もう一度反射させて補正する。あるいは、記憶された輝
度を示す画像データの読み出す順序を、例えば画像Aで
は左上から右上へこれを上から下の順番で読み出し、画
像Bでは左上から左下へこれを左から右の順番で読み出
すことによって、左右を反転することができる。
The optical axis separator 2 in FIG. 1 can use a half mirror or a prism. In this case, the reflected light from the half mirror or the prism is inverted left and right with respect to the transmitted light. This can be corrected as follows. That is, one of the reflected light and the transmitted light is reflected once again using a mirror, and is corrected. Alternatively, the read order of the image data indicating the stored luminance is, for example, reading the image A from the upper left to the upper right in the order from top to bottom in the image A, and reading the image data from the upper left to the lower left in the image B in the order from left to right. Can be reversed left and right.

【0016】[0016]

【実施例】本発明の実施例に用いたアーク溶接撮影装置
の構成を図1に示し、アーク溶接装置の構成を図2に示
す。図1に示すアーク溶接撮影装置は、撮影するアーク
溶接部1(アーク,溶融プール,開先,ビード)を光軸
分離器2を介してCCDカメラA(3)および光軸を中
心に90度回転して取り付けたCCDカメラB(4)に
て撮影した(右回りを正とする)。光軸分離器2は、ハ
ーフミラーとミラーを用いて作成した。まず、光軸15
をハーフミラーに入射し、反射した光を光軸A(16)
とし、透過した光をもう一度ミラーを用いて反射させ光
軸B(17)とした。CCDカメラA(3),CCDカ
メラB(4)からの画像信号はA/D変換器5,6を介
してメモリーA(7),メモリーB(8)に記憶した。
メモリーA(7),メモリーB(8)は、それぞれ垂直
方向n=256バイト、水平方向m=256バイトの合
計65536バイトで構成した。CCDカメラA,CC
DカメラBの1水平画像信号当たり256回A/D変換
し、これを垂直方向に256回繰り返して、それぞれ1
画面分の輝度を示す画像データをメモリーA(7)のM
A(0,0)〜MA(m,n)およびメモリーB(8)
のMB(0,0)〜MB(m,n)に記憶した(図6参
照)。ここで、MA(i,j)は、メモリーA(7)の
水平方向i番地、垂直方向j番地の画像データを示し、
MB(i,j)は、メモリーB(8)の水平方向i番
地、垂直方向j番地の画像データを示す。画像データ合
成器9では、メモリーA(7),メモリーB(8)の画
像データを下記の順番で読み出し、画像Bの画像データ
が画像Aと一致するように画像Bを90度反転させた。
メモリーA(7)の画像データMA(i,j)の読みだ
しは、図6に示す左上から右上(i=0からi=m=2
55まで)に、これを上から下(j=0からj=n=2
55まで)に繰り返し、 MA(0,0)〜MA(m,0) MA(0,1)〜MA(m,1) ・ ・ ・ MA(0,n)〜MA(m,n) の順に読み出した。また、メモリーB(8)の画像デー
タMB(p,q)は、図6に示す左下から左上(q=n
=255からq=0まで)に読みだし、これを左から右
(p=0からp=m=255まで)に繰り返し、 MB(0,n)〜MB(0,0) MB(1,n)〜MB(1,0) ・ ・ ・ MB(m,n)〜MB(m,0) の順に読み出した。ただし、p=i、q=m−jとし
た。
FIG. 1 shows the configuration of an arc welding apparatus used in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the configuration of an arc welding apparatus. In the arc welding photographing apparatus shown in FIG. 1, an arc welding portion 1 (arc, molten pool, groove, bead) to be photographed is 90 ° centered on a CCD camera A (3) and an optical axis via an optical axis separator 2. An image was taken with a CCD camera B (4) attached by rotation (clockwise is defined as positive). The optical axis separator 2 was formed using a half mirror and a mirror. First, the optical axis 15
Is incident on the half mirror, and the reflected light is reflected on the optical axis A (16).
Then, the transmitted light was reflected again by using a mirror to obtain an optical axis B (17). Image signals from the CCD cameras A (3) and B (4) were stored in the memories A (7) and B (8) via the A / D converters 5 and 6, respectively.
The memory A (7) and the memory B (8) are each composed of a total of 65536 bytes of n = 256 bytes in the vertical direction and m = 256 bytes in the horizontal direction. CCD camera A, CC
A / D conversion is performed 256 times per one horizontal image signal of the D camera B, and this is repeated 256 times in the vertical direction.
The image data indicating the luminance of the screen is stored in the memory A (7) in M
A (0,0) -MA (m, n) and memory B (8)
MB (0,0) to MB (m, n) (see FIG. 6). Here, MA (i, j) indicates the image data of the address i in the horizontal direction and the address j in the vertical direction of the memory A (7),
MB (i, j) indicates the image data of the address i in the horizontal direction and the address j in the vertical direction of the memory B (8). The image data synthesizer 9 reads out the image data in the memories A (7) and B (8) in the following order, and inverts the image B by 90 degrees so that the image data of the image B matches the image A.
Reading of the image data MA (i, j) from the memory A (7) is performed from the upper left to the upper right (i = 0 to i = m = 2) shown in FIG.
55), from top to bottom (j = 0 to j = n = 2
MA (0,0) to MA (m, 0) MA (0,1) to MA (m, 1) In the order of MA (0, n) to MA (m, n) Read. The image data MB (p, q) in the memory B (8) is from the lower left to the upper left (q = n
= 255 to q = 0) and this is repeated from left to right (from p = 0 to p = m = 255), and MB (0, n) to MB (0,0) MB (1, n ) To MB (1,0)... MB (m, n) to MB (m, 0). However, p = i and q = m-j.

【0017】スミヤ現象が発生した部分の輝度を示す画
像データを、良好な輝度を示す画像データに置き換える
方法として、下記に示す「本発明方法1」および「本発
明方法2」について実施した。
As a method for replacing the image data indicating the luminance of the portion where the smear phenomenon has occurred with the image data indicating a good luminance, the following "method 1 of the present invention" and "method 2 of the present invention" described below were carried out.

【0018】「本発明方法1」では、スミヤ現象が発生
した部分の画像データは画像信号の最大値を示すので、
その値をMmとし、スミヤ現象部判別しきい値Kを K=0.95×Mm とした。メモリーAの画像データ(i,j)とKを比較
し MA(i,j)≦K のMA(i,j)は正常値とし、画像データMA(i,
j)をメモリーC(10)のMC(i,j)に記憶し
た。
In the "method 1 of the present invention", the image data of the portion where the smear phenomenon occurs indicates the maximum value of the image signal.
The value was set to Mm, and the threshold value K for determining the smear phenomenon portion was set to K = 0.95 × Mm. The image data (i, j) in the memory A is compared with K, and MA (i, j) of MA (i, j) ≦ K is set to a normal value.
j) was stored in MC (i, j) of the memory C (10).

【0019】MA(i,j)>K のMA(i,j)をスミヤ現象による異常値と判別し、
このときは画像データMA(i,j)に対応する画像デ
ータMB(p,q)をメモリーC(10)のMC(i,
j)に記憶した。
When MA (i, j)> K, MA (i, j) is determined to be an abnormal value due to the smear phenomenon,
At this time, the image data MB (p, q) corresponding to the image data MA (i, j) is stored in MC (i,
j).

【0020】「本発明方法2」としては、輝度を示す画
像データMA(i,j)と輝度を示す画像データMB
(p,q)を比較し、値が小さい方の画像データをメモ
リーC(10)のMC(i,j)に記憶した。
The “method 2 of the present invention” includes image data MA (i, j) indicating luminance and image data MB indicating luminance.
(P, q) were compared, and the image data with the smaller value was stored in MC (i, j) of the memory C (10).

【0021】メモリーC(10)に記憶された画像デー
タを読みだしてD/A変換器11でD/A変換し、モニ
タテレビ12で観察した。
The image data stored in the memory C (10) was read out, D / A converted by the D / A converter 11, and observed on the monitor television 12.

【0022】CCDカメラA(3),CCDカメラB
(4)および光軸分離器2を、図2に示すアーク溶接装
置の走行台車18に登載した。走行台車18には、溶接
トーチ19を開先幅方向に左右に遠隔操作にて位置調整
できる機能を持ったものを使用した。
CCD camera A (3), CCD camera B
(4) and the optical axis separator 2 were mounted on the traveling carriage 18 of the arc welding apparatus shown in FIG. The traveling carriage 18 used had a function of remotely adjusting the position of the welding torch 19 left and right in the groove width direction.

【0023】溶接実験では、図8に示すような開先の認
識がむずかしい多層盛り溶接の最終層を想定した。開先
深さ1mm、開先角度40度、ルートギャップ10mm
で、スタートSから右方向に10mm倣いズレさせた中
央Mを通り、左方向に10mm戻るエンドEに至る長さ
1000mmの試験板を、モニタテレビ12を観察しな
がら、遠隔操作にて炭酸ガスシールドアーク溶接した。
比較として、従来方法である波長1.2〜1.6μmの
赤外線のみ透過する赤外線透過フィルタをCCDカメラ
A(3)のみに取り付け、CCDカメラA(3)に接続
されたモニタテレビA(13)を観察しながら遠隔操作
にて溶接した。
In the welding experiment, the final layer of the multi-layer welding as shown in FIG. 8 was difficult to recognize the groove. Groove depth 1 mm, groove angle 40 degrees, root gap 10 mm
Then, a 1000 mm long test plate extending from the start S through the center M shifted by 10 mm rightward to the end E returning 10 mm leftward was observed while monitoring the monitor television 12, and a carbon dioxide gas shield was remotely operated. Arc welded.
As a comparison, a monitor television A (13) connected to the CCD camera A (3) with an infrared transmission filter that transmits only infrared light having a wavelength of 1.2 to 1.6 μm, which is a conventional method, attached only to the CCD camera A (3). Was welded by remote control while observing.

【0024】評価においては、左右方向の倣い操作ミス
による開先の溶接残しがなかったものを良好とし、溶接
残しがあったものを不良とした。
In the evaluation, the case where there was no welding residue at the groove due to the mistake of the copying operation in the left-right direction was regarded as good, and the case where there was welding residue was regarded as bad.

【0025】溶接実験結果を次の表1に示す。表1に示
すように、「本発明方法1」及び「本発明方法2」で
は、溶接中のアークと開先が良好に観察できたので、倣
い操作ミスがなく開先に溶接残しが全くなかったので良
好と判定された。従来方法では、開先の観察が困難で、
中央M地点通過直後に倣い操作ミスが生じ、溶接残しが
発生して不良と判定された。
The results of the welding experiment are shown in Table 1 below. As shown in Table 1, in "Method 1 of the present invention" and "Method 2 of the present invention", the arc and the groove during welding were well observed, so that there was no copying operation error and there was no welding residue on the groove. Therefore, it was determined to be good. With conventional methods, it is difficult to observe the groove,
Immediately after passing through the center M point, a copying operation error occurred, welding residue occurred, and it was determined to be defective.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のとおり、本発明によればアーク溶
接の撮影に際し、スミヤ現象の発生のない良好な画像が
得られる。このため遠隔操作が容易になり、また、画像
データを利用した自動制御も飛躍的に信頼性が高くなる
ため、溶接工程の自動化、無人化に寄与できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a good image free from the occurrence of a smear phenomenon when photographing arc welding. For this reason, remote control is facilitated, and automatic control using image data is significantly improved in reliability, thereby contributing to automation and unmanned welding processes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 一実施例のアーク溶接撮影装置の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an arc welding photographing apparatus according to one embodiment.

【図2】 一実施例のアーク溶接装置主要部を示す斜視
図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a main part of an arc welding apparatus according to one embodiment.

【図3】 CCDカメラAにて溶接部を撮影したモニタ
テレビAの画像Aを示す正面図である。
FIG. 3 is a front view showing an image A of a monitor television A in which a welding portion is photographed by a CCD camera A;

【図4】 CCDカメラBにて溶接部を撮影したモニタ
テレビBの画像Bを示す正面図である。
FIG. 4 is a front view showing an image B of a monitor television B in which a welding portion is photographed by a CCD camera B;

【図5】 CCDカメラAとCCDカメラBの画像を画
像データ合成器にて合成したモニタテレビCの画像を示
す正面図である。
FIG. 5 is a front view showing an image on a monitor television C in which images from the CCD cameras A and B are synthesized by an image data synthesizer.

【図6】メモリーAまたはメモリーBの画像データの番
地を模式適的に表した配列図である。
FIG. 6 is an array diagram schematically showing addresses of image data in a memory A or a memory B;

【図7】 図3のh1からh2間の輝度を示す画像信号
の電圧値の波形図である。
7 is a waveform diagram of a voltage value of an image signal indicating luminance between h1 and h2 in FIG.

【図8】 実施例に用いた試験板の正面図である。FIG. 8 is a front view of a test plate used in Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:アーク溶接部 2:光軸分離器 3:CCDカメラA 4:CCDカメラB 5:A/D変換器 6:A/D変換器 7:メモリーA 8:メモリーB 9:画像データ合成器 10:メモリーC 11:D/A変換器 12:モニタテレビC 13:モニタテレビA 14:モニタテレビB 15:光軸 16:光軸A 17:光軸B 18:走行台車 19:溶接トーチ 46:開先 47:溶融プール 48:ビード 49:アーク 50:スミヤ現象の白
い帯状のノイズ
1: Arc welding part 2: Optical axis separator 3: CCD camera A 4: CCD camera B 5: A / D converter 6: A / D converter 7: Memory A 8: Memory B 9: Image data synthesizer 10 : Memory C 11: D / A converter 12: Monitor TV C 13: Monitor TV A 14: Monitor TV B 15: Optical axis 16: Optical axis A 17: Optical axis B 18: Traveling trolley 19: Welding torch 46: Open Point 47: Molten pool 48: Bead 49: Arc 50: White band noise of smear phenomenon

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 9/095,9/127 G06F 15/62──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) B23K 9/095, 9/127 G06F 15/62

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 溶接ワイヤと被溶接物との間に生じるア
ークおよびその周辺をCCDカメラで撮影するアーク溶
接の撮影方法において、被写体からCCDカメラに至る
光軸を光軸分離器で分離した後、2台のCCDカメラを
用いてアーク溶接像を撮影するとき、一方のCCDカメ
ラで撮影した垂直方向の画像が他方のCCDカメラで撮
影した水平方向の画像と一致するように撮影し、2台の
CCDカメラのそれぞれの輝度を示す画像信号をA/D
変換した画像データを記憶すると共に、記憶されたそれ
ぞれの輝度を示す画像データを被写体の垂直方向と水平
方向が一致するように取り出し比較して、輝度を示す画
像データが小さい方の画像データを採用して画像を合成
する、あるいは、一方の輝度を示す画像データがしきい
値より大きいとき、他方の画像データを採用して画像を
合成することを特徴とするアーク溶接の撮影方法。
An arc welding method for photographing an arc generated between a welding wire and an object to be welded and its periphery by a CCD camera, after separating an optical axis from a subject to the CCD camera by an optical axis separator. When photographing an arc welding image using two CCD cameras, photographing is performed so that a vertical image photographed by one CCD camera coincides with a horizontal image photographed by the other CCD camera. A / D converts the image signal indicating the luminance of each CCD camera
In addition to storing the converted image data, the stored image data indicating the luminance is extracted and compared so that the vertical direction and the horizontal direction of the subject match, and the image data indicating the smaller luminance is adopted. An image combining method, or when image data indicating one of the luminances is greater than a threshold value, employs the other image data to synthesize an image.
【請求項2】 溶接ワイヤと被溶接物との間に生じるア
ークおよびその周辺をCCDカメラで撮影するアーク溶
接の撮影装置において、被写体からCCDカメラに至る
光軸を分ける光軸分離器(2),前記光軸分離器(2)
により2本に分離され、それぞれの光軸を中心に相対的
に90度回転した位置に取り付けた2台のCCDカメラ
(3,4),2台のCCDカメラ(3,4)の画像信号
をデジタル変換するA/D変換器(5,6),デジタル
変換した画像データを記憶するメモリー(7,8),メ
モリー(7,8)に記録された2台のCCDカメラ
(3,4)による画像データを合成する画像データ合成
器(9)を設けたことを特徴とするアーク溶接の撮影装
置。
2. An arc welding photographing apparatus for photographing an arc generated between a welding wire and an object to be welded and a periphery thereof with a CCD camera, an optical axis separator for separating an optical axis from a subject to the CCD camera. , The optical axis separator (2)
The two CCD cameras (3, 4) and the image signals of the two CCD cameras (3, 4) attached at positions rotated by 90 degrees around their respective optical axes are separated by A / D converters (5, 6) for digital conversion, memories (7, 8) for storing digitally converted image data, and two CCD cameras (3, 4) recorded in memories (7, 8) An imaging device for arc welding, comprising an image data synthesizer (9) for synthesizing image data.
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