JP2941588B2 - Ｔｉｇ溶接のワイヤ添加位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＩＧ溶接の自動化装
置におけるフィラーワイヤの添加位置を計測するＴＩＧ
溶接のワイヤ添加位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＩＧ溶接作業は熟練が必要とされる作
業であり、優良な溶接を行うためには十分な経験を要
し、溶接作業者が優良な溶接を行うためには、溶接状況
を監視し、そこから適正な溶接電流、速度等の調整を行
っている。しかしながら、溶接作業に従事する作業員が
年々不足する傾向にあり、溶接作業の自動化を行う必要
が出てきた。溶接作業を自動化するためには、溶接作業
者と同様に、溶接状況を監視する必要があり、フィラー
ワイヤの添加位置も監視対象の１つであり、添加位置の
ずれを検出する必要がある。しかし従来の技術ではワイ
ヤ添加位置の計測は行っておらず、常にワイヤ添加装置
から直線的に添加されているものとして制御している。
また従来の技術の他の対応は、溶接状況をテレビカメラ
により撮像し、その画像を遠隔操作している操作員に表
示することにより、操作員が異常を検知して対応に当た
っている。

【０００３】ところが、フィラーワイヤはコイル状に巻
かれた状態から供給されるため、巻き癖が付いてあるの
が通常であり、このため、従来のようにワイヤ添加装置
から直線的に添加されるとする制御方式では、添加位置
のずれのため溶接不良の発生する可能性がある。また遠
隔操作の操作員に表示する方法では、常に操作員が監視
している必要があり、操作員の負担となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて提案されたもので、溶接作業中のフィラー
ワイヤの添加位置の監視が、操作員の労力を必要とせ
ず、常時行えるようになり、フィラーワイヤ添加位置の
ずれによる溶接不良の発生しないＴＩＧ溶接の自動化装
置が実現でき、ひいてはＴＩＧ溶接の省力化及び信頼性
向上化が図れるＴＩＧ溶接のワイヤ添加位置検出装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために本発明のＴＩ
Ｇ溶接のワイヤ添加位置検出装置は、ＴＩＧ溶接自動化
装置におけるフィラーワイヤの添加位置を検出する装置
であって、１台のテレビカメラと、同テレビカメラの前
面に設置される光学バンドパスフィルタと、上記テレビ
カメラから得られる画像信号を記憶する画像メモリと、
同画像メモリ上の上記フィラーワイヤの表面の高輝度な
帯状の領域とワイヤ添加装置像とを含む矩形領域を、上
記ワイヤ添加装置像の先端部分から溶融池に向かって順
次読み出す画像読み出し手段と、同画像読み出し手段で
順次読み出された各矩形領域の画像の上記高輝度な領域
の幅を求める幅検出回路と位置を検出する位置検出回路
とを具え、上記幅検出回路で上記各矩形領域についてそ
の画像情報を各走査線方向に読み出し、各走査線毎にデ
ータを予め設定された閾値と比較する比較演算が行われ
て当該矩形領域がフィラーワイヤ像であるかどうかの判
断が行われると同時に、上記位置検出回路で上記各矩形
領域についてその画像情報を各走査線方向に読み出し、
各走査線毎に予め設定された閾値より大きい値を有する
データの中心位置を検出する演算が行われて同各走査線
毎に画像情報の高輝度な領域の位置の検出が行われるこ
とにより、上記フィラーワイヤの表面の高輝度な帯状領
域の位置が検出されるとともに、前回の矩形領域での上
記フィラーワイヤの表面の高輝度な帯状領域の検出結果
に基づいて次に読み出すべき矩形領域の位置を決定し、
この処理を順次繰り返すことにより、フィラーワイヤの
添加位置を検出して課題解決の手段としている。

【０００６】

【作用】本発明のＴＩＧ溶接のワイヤ添加位置検出装置
においては、溶接中のフィラーワイヤ付近の画像は光学
バンドパスフィルタを介して、テレビカメラにより撮像
される。光学バンドパスフィルタは外部からの外乱光の
影響を低減し、かつアーク光の光量を減衰させ、フィラ
ーワイヤ付近の画像を鮮明にする作用を行う。テレビカ
メラにより撮像された画像は画像メモリに記録される。
画像読み出し手段は画像メモリの中から、まずワイヤ添
加装置の矩形領域を先端付近から順次読み出す。この矩
形領域はフィラーワイヤを検出できる程度の大きさであ
り、かつ最小の大きさを選択しておくことにより、他の
領域に存在する高輝度の領域を処理の対象外にできる。
このため矩形領域内ではフィラーワイヤの表面に存在す
るアーク光の正反射成分のみが、唯一の高輝度領域とな
る。フィラーワイヤの位置は画像上の高輝度位置に対応
しているので、画像上の高輝度位置を検出することによ
り、フィラーワイヤの位置の検出が可能になる。

【０００７】位置検出回路と幅検出回路は、読み出され
た矩形領域について、その画像を上から順に行方向に、
つまり画像の各走査線毎に高輝度領域の位置と幅とを検
出する。そして、高輝度領域の幅が予め設定された幅の
範囲にあれば、それがフィラーワイヤであると判断す
る。フィラーワイヤであると判断されると、そのときの
位置を順次記憶しておく。矩形領域の画像の全走査線に
ついての上記の処理が終了すると、画像読み出し手段は
次の矩形領域を読み出す。このとき読み出すべき矩形領
域の位置は、前回の矩形領域に関する処理で検出された
フィラーワイヤの位置を基に決定される。最終的に、矩
形領域の中で予め設定された走査線数以上の範囲でフィ
ラーワイヤが検出されないと処理を終了する。フィラー
ワイヤの位置は画像上の高輝度位置に対応しているか
ら、処理を終了するまでに検出されたフィラーワイヤの
画像上での位置から、実際のフィラーワイヤの位置を検
出する。

【０００８】

【実施例】本発明のＴＩＧ溶接のワイヤ添加位置検出装
置の一実施例を図面について説明すると、図１は本装置
のブロック図、図２は画像図、図３はフィラーワイヤの
検出要領の説明図、図４は画像処理回路のブロック図で
ある。図１において、符号１は電極を示しており、この
電極１，フィラーワイヤ２，ワイヤ添加装置１２を含む
溶接状況を、光学バンドパスフィルタ３を介して撮像す
るために、テレビカメラ４が設けられている。光学バン
ドパスフィルタ３は外部からの外乱光の影響を低減し、
アーク光の光量を減衰させて、良好な画像を得るために
設けられている。テレビカメラ４で撮像された画像はＡ
／Ｄ変換器５にてディジタル値に変換され、画像メモリ
６に記憶される。符号７は画像メモリ６のデータを読み
出す画像読み出し手段を、符号９及び符号８はそれぞれ
幅検出回路及び位置検出回路を、また符号１０は位置判
定手段を、符号１１は警告表示器をそれぞれ示してい
る。そしてこれらの相互間は、図１に示すとおりの結線
（回路）で接続されている。

【０００９】この画像メモリ６に記憶される画像につ
き、図２に示す原画像２０を参照して処理手順を説明す
ると、フィラーワイヤ像３１はフィラーワイヤ２が金属
光沢を有し、かつアーク光が十分強い光量を有するた
め、フィラーワイヤ２の一部でアーク光を正反射し、フ
ィラーワイヤ２の表面に高輝度な帯状の領域（以下ハイ
ライトという）３５が発生する。テレビカメラ４とワイ
ヤ添加装置１２との位置関係が変化せずに溶接が行われ
るように、テレビカメラ４とワイヤ添加装置１２とを同
時に移動させる構成にしておくと、原画像２０中に撮像
されるワイヤ添加装置像３０の位置は常に一定である。
そこで画像読み出し手段７は、最初はワイヤ添加装置像
３０の先端部分の第１の矩形領域２１のデータを読み出
す。ここで読み出すべき矩形領域の大きさは、フィラー
ワイヤ像３１を抽出するには十分であり、かつ最小の大
きさになるように設定する。これにより、アーク光像３
３の原画像２０中での高輝度領域は処理対象外にでき
る。この結果、矩形領域内では他の領域に比べてハイラ
イト３５のみが唯一の高輝度領域になり、容易に抽出可
能となる。

【００１０】画像メモリ６から読み出されたデータは幅
検出回路９，位置検出回路８に入力される。幅検出回路
９では、図３に示すように、矩形領域の画像情報を上か
ら順に行方向に、つまり走査線方向に読み出し、その各
走査線毎のデータを予め設定された閾値と比較し、閾値
より大きいデータの画素数を計数する。計測された画素
数は予め設定された幅の範囲にあるかを検査され、範囲
に収まっていればフィラーワイヤ像３１であると判断さ
れる。同時に位置検出回路８では、同様に矩形領域の画
像情報を上から順に行方向に、つまり走査線方向に読み
出し、その各走査線毎に予め設定された閾値より大きい
値を有するデータの中心位置を検出する。

【００１１】以上の処理を繰り返して、第１の矩形領域
２１全体の処理が終了すると、画像読み出し手段７は第
２の矩形領域２２を読み出し始める。第２の矩形領域２
２は、第１の矩形領域２１の最後に検出されたフィラー
ワイヤ像３１のハイライト３５の位置を中心とする領域
に設定される。その後同様に、第２の矩形領域２２の中
で、フィラーワイヤ像３１のハイライト３５を同様の手
段で検出する。以後同様に、前回の矩形領域の最後の走
査線でのハイライト３５の位置を中心とする矩形領域に
ついて、順次処理を繰り返す。最終的に、予め設定され
た走査線（画像の横方向の行）数以上の走査線で連続し
て、閾値より大きな幅のデータが出現すると（図２では
第４の矩形領域２４の上部）、これは溶融池像３２に達
したと判断し、処理を終了する。

【００１２】以上の処理を実行する画像読み出し手段
７，位置検出回路８及び幅検出回路９の回路の一例を図
４に示す。同図において、高さレジスタ４０，横サイズ
レジスタ４３，幅レジスタ４６，初期値レジスタ５３，
閾値レジスタ５５，最大幅レジスタ６１及び最小幅レジ
スタ６２には、それぞれ矩形領域の高さ，画像メモリ６
の横サイズ，矩形領域の幅，第１の矩形領域２１の中心
位置（即ちワイヤ添加装置像３０の中心位置），二値化
閾値，ハイライト３５であると判断するための最大幅及
び最小幅が予め設定される。また第１のカウンタ４１に
は第１の矩形領域の高さ方向の位置がプリセットされ
る。

【００１３】まず第１の矩形領域２１を読み出すときは
セレクタ５２は初期値レジスタ５３の値を選択する。セ
レクタ５２の値と幅レジスタ４６のデータを第１のシフ
ト器４９で１ビットだけ右にシフトした値（即ち幅レジ
スタ４６のデータの１／２の値）は、第２の加算器５０
で加算される。即ち第１の矩形領域２１の左端の位置が
出力される。この値に１クロック毎にカウントされる第
２のカウンタ４７の値が第３の加算器５１で加算され
る。即ち読み出すデータの横方向のアドレスが出力され
る。第２の比較器４８では、幅レジスタ４６の値と第２
のカウンタ４７の値が比較され、一致すればＨが出力さ
れる。即ち矩形領域の幅分だけカウントされるとＨを出
力する。この第２の比較器４８の出力を第１のカウンタ
４１で計数する。即ち第１のカウンタ４１は矩形領域の
高さを出力する。

【００１４】乗算器４４では、この第１のカウンタ４１
の出力と横サイズレジスタ４３の出力が乗算される。即
ち画像メモリ６での矩形領域の高さ方向の座標が出力さ
れる。第３の加算器５１の出力と乗算器４４の出力が第
１の加算器４５で加算される。即ち読み出すべきデータ
のアドレスが出力される。第１の加算器４５の出力によ
り順次画像メモリ６から読み出されるデータは、第３の
比較器５６で閾値レジスタ５５の値と比較され、二値化
が行われる。二値化データがＨのときの画素数は第３の
カウンタ５４で計数される。また同時に二値化データは
フリップフロップ５７に入力され、１データ分だけ遅延
される。

【００１５】第１のゲート５８では、二値化データがＬ
からＨになるときにパルスが出力される。このパルスが
発せられたときの、第３の加算器５１の出力を第１のラ
ッチ６０で記憶する。即ちハイライト３５の左端の座標
を記憶する。同時に第４の加算器７１では、第１のラッ
チ６０と第２のシフト器７０で１／２にされた第３のカ
ウンタ５４の出力が加算される。即ち二値化データがＨ
の領域の中心位置を出力する。また第３のカウンタの出
力は最大幅レジスタ６１と第４の比較器６３で設定幅以
内であるか検査され、設定幅以内であればＨが出力され
る。同時に最小幅レジスタ６２と第５の比較器６４で設
定幅以上であるかが検査され、設定幅以上であればＨが
出力される。この結果、第３のゲート６５からは、二値
化データのＨの幅が予め設定した範囲に入っていればＨ
になる信号が出力される。

【００１６】第２のゲート５９で、二値化データがＨの
期間が終了されたことを検出され、かつ第３のゲート６
５の出力がＨであることが第４のゲート６６で検出され
ると、第４の加算器７１の出力と第３のカウンタ５４の
出力は、それぞれ第３のラッチ６８と第２のラッチ６７
に記憶される。即ち各走査線毎に第２のラッチ６７から
はハイライト３５の幅が、第３のラッチ６８からはハイ
ライト３５の中心位置が出力される。

【００１７】第１のカウンタ４１の出力は第１の比較器
４２にて、高さレジスタ４０の値と比較され、矩形領域
の高さごとにパルスが出力される。即ち１つの矩形領域
が終了するとパルスが出力される。セレクタ５２は第１
の比較器４２の出力により、第２の矩形領域２２以降は
第３のラッチ６８の値を選択する。これにより、第２の
矩形領域２２以降は前回の矩形領域の最後の走査線の検
出されたハイライト３５の中心が矩形領域の中心にな
る。第４のカウンタ６９で、第４の比較器６３の出力が
Ｌである走査線数を計数し、設定値以上になれば処理の
終了を通知する信号を出力する。

【００１８】以上の動作により目的の処理が実行され
る。位置判定手段１０では、上記処理により得られたハ
イライト３５の位置のデータ群を基に、溶融池でのフィ
ラーワイヤ２の添加位置の良否を予め設定した適正値を
基に判定し、異常があれば警告表示器１１に警告を発す
るか、又は溶接機を制御するための信号を発する。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
次のような効果が得られる。 (1) 溶接中のフィラーワイヤ付近をテレビカメラで撮像
し、その画像信号を画像メモリに記憶させ、同画像メモ
リからフィラーワイヤの表面の高輝度な帯状の領域とワ
イヤ添加装置像とを含む矩形領域を、ワイヤ添加装置像
の先端部から溶融池に向かって順次読み出し、位置検出
回路と幅検出回路とによって各矩形領域についてその画
像情報の各走査線毎の高輝度領域の位置と幅とを検出し
てフィラーワイヤの位置を検出するようにしたため、フ
ィラーワイヤの位置検出の自動化が可能となる。 (2) テレビカメラの前面に光学バンドパスフィルタを設
けたことにより、フィラーワイヤの表面に存在するアー
ク光の正反射成分のみを唯一の高輝度領域としてとらえ
ることができ、フィラーワイヤの位置検出精度の向上を
はかることができる。 (3) 前回の矩形領域で高輝度領域の検出結果に基づいて
次の読み出すべき矩形領域の位置を決定する処理を順次
行うことにより、フィラーワイヤの添加位置の自動検出
装置の演算度数の抑制化が可能となる。 (4) 溶接作業中のフィラーワイヤの添加位置の監視が、
操作員の労力を必要とせず、常時行えるようになり、フ
ィラーワイヤ添加位置のずれによる溶接不良の発生しな
いＴＩＧ溶接の自動化装置が実現でき、ひいてはＴＩＧ
溶接の省力化及び信頼性向上化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのＴＩＧ溶接のワイヤ
添加位置検出装置のブロック図である。

【図２】同装置における画像図である。

【図３】同フィラーワイヤの検出要領の説明図である。

【図４】同画像処理回路のブロック図である。

【符号の説明】

１ 電極 ２ フィラーワイヤ ３ 光学バンドパスフィルタ ４ テレビカメラ ５ Ａ／Ｄ変換器 ６ 画像メモリ ７ 画像読み出し手段 ８ 位置検出回路 ９ 幅検出回路 １０ 位置判定手段 １１ 警告表示器 １２ ワイヤ添加装置 ２０ 原画像 ２１，２２，２３，２４ 矩形領域 ３０ ワイヤ添加装置像 ３１ フィラーワイヤ像 ３２ 溶融池像 ３３ アーク光像 ３４ 開先像 ３５ ハイライト ４０ 高さレジスタ ４１，４７，５４，６９ カウンタ ４２，４８，５６，６３，６４ 比較器 ４３ 横サイズレジスタ ４４ 乗算器 ４５，５０，５１，７１ 加算器 ４６ 幅レジスタ ４９，７０ シフト器 ５２ セレクタ ５３ 初期値レジスタ ５５ 閾値レジスタ ５７ フリップフロップ ５８，５９，６５，６６ ゲート ６０，６７，６８ ラッチ ６１ 最大幅レジスタ ６２ 最小幅レジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 憲 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (56)参考文献 特開 平５−23851（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−111272（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 9/12 301 B23K 9/095 515 B23K 9/167 H04N 7/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＴＩＧ溶接自動化装置におけるフィラー
   ワイヤの添加位置を検出する装置であって、１台のテレ
   ビカメラと、同テレビカメラの前面に設置される光学バ
   ンドパスフィルタと、上記テレビカメラから得られる画
   像信号を記憶する画像メモリと、同画像メモリ上の上記
   フィラーワイヤの表面の高輝度な帯状の領域とワイヤ添
   加装置像とを含む矩形領域を、上記ワイヤ添加装置像の
   先端部分から溶融池に向かって順次読み出す画像読み出
   し手段と、同画像読み出し手段で順次読み出された各矩
   形領域の画像の上記高輝度な領域の幅を求める幅検出回
   路と位置を検出する位置検出回路とを具え、上記幅検出
   回路で上記各矩形領域についてその画像情報を各走査線
   方向に読み出し、各走査線毎にデータを予め設定された
   閾値と比較する比較演算が行われて当該矩形領域がフィ
   ラーワイヤ像であるかどうかの判断が行われると同時
   に、上記位置検出回路で上記各矩形領域についてその画
   像情報を各走査線方向に読み出し、各走査線毎に予め設
   定された閾値より大きい値を有するデータの中心位置を
   検出する演算が行われて同各走査線毎に画像情報の高輝
   度な領域の位置の検出が行われることにより、上記フィ
   ラーワイヤの表面の高輝度な帯状領域の位置が検出され
   るとともに、前回の矩形領域での上記フィラーワイヤの
   表面の高輝度な帯状領域の検出結果に基づいて次に読み
   出すべき矩形領域の位置を決定し、この処理を順次繰り
   返すことにより、フィラーワイヤの添加位置を検出する
   ことを特徴とする、ＴＩＧ溶接のワイヤ添加位置検出装
   置。