JP3165599B2 - 溶接状況の遠隔監視方法 - Google Patents

溶接状況の遠隔監視方法

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JP3165599B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は溶接状況の監視もしくは
溶接条件の制御に必要な鮮明な画像を取得する方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、溶接状況を遠隔監視する場合は、
一定のカメラの絞りで溶接状況を監視するか、もしくは
カメラの絞りを小型のDCモータで遠隔手動で作動させ
て監視対象物の最適な絞りに合わせて監視する方法があ
った。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記一定
の絞りによる監視では、アーク光の影響で溶融池や開先
内情報すべてを同時に得るのは困難であった。つまり監
視カメラの絞りをアーク部に合わすと、他の情報はアー
クに隠れて見えなくなってしまった。このため、絞りを
DCモータで動かして見たい対象に合わせて最適な絞り
に変更して監視することが考えられた。しかし、この場
合でもモータで最適な絞りになるまでの時間の遅れがあ
り、かつ、画面全体の明暗が変化して監視がやりづらい
ものであった。しかも、アークに合わすと他の情報は、
アークに隠れて見えなくなり、絞りを開けると開先内情
報は比較的見やすくなるものの、アーク光の影響で全体
が明るくなってぼやけてしまい、ひいてはブルーミング
やスミア現象を起こして必要な部分が白く光って見えな
くなってしまうなどの弊害を起こしてしまった。このた
め本発明は、このような従来の課題を解決して、明るさ
の異なる対象各部を最適な画像で監視して、溶接条件等
の正確な制御を可能にする溶接状況の遠隔監視方法を提
供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、溶接
状況をカメラで監視する遠隔監視方法において、溶接部
における監視対象である、溶融池、アーク、開先の状態
を鮮明に撮像するため600〜800nmを中心波長と
して、100nm以下の範囲の幅の波長を透過する干渉
フィルタをCCDカメラの前面に配し、シャッタースピ
ードを選択して切り替えられる制御装置により、前記監
視対象それぞれに合わせた最適なシャッタースピードで
且つ開先についてはティグ溶接時は電流が小さい時又は
ガスシールドアーク溶接時は電圧が小さい時に、アーク
についてはティグ溶接時は電流が指定値よりも大きい時
又はガスシールドアーク溶接時は電圧が指定値よりも大
きい時に撮像し、溶融池についてはティグ溶接時は電流
が所定の範囲内の時若しくはガスシールドアーク溶接時
は電圧が所定の範囲内の時に撮像するか、又は開先、ア
ーク撮像時にその画像内に含まれた溶融池の画像を利用
して、前記監視対象それぞれの画像情報を順次得ると共
に、画像処理装置により設定された画面のマスク位置に
それぞれの画像情報を合成して、モニタ出力することで
鮮明な画像を表示して、開先線倣いを含めた溶接条件制
御を行うもので、これを課題を解決するための手段とす
るものである。
【0005】
【作用】全体的なアーク光の影響はCCDカメラ3の前
方に配置した干渉フィルタ13で軽減する。絞りモータ
の時間遅れに対応するためにCCDカメラ自身の持つチ
ャージ時間を変えるためのカメラシャッタースピードを
絞り代わりに制御装置により可変させて、それぞれの対
象物にあった最適な絞りにかえて鮮明な画像を得る。ま
た開先内の情報は、アーク光の少ないとき或いは消えた
ときの画像を得るため、ガスシールドアーク溶接では、
電圧をモニタし、ティグ溶接では、電流をモニタしてこ
れが低くなったときに最適なシャッタースピードで撮像
する。また、電圧もしくは電流を能動的に瞬間的に落と
してアーク光の影響を除外し、同様に最適なシャッター
スピードで撮像することもできる。これによりアーク光
の影響のない開先内情報を得る。溶融池については、ア
ーク光の影響のある時の最適なシャッタースピードで撮
像、もしくはアーク光の影響のない時の最適なシャッタ
ースピードで撮像した画像のいずれかもしくは両方を利
用する。次にこれらの情報を画像処理装置に記憶してお
き、予め設定しておいたマスク位置、もしくは自動設定
したマスク位置に開先内情報、アーク、溶融池を合成
(重ね書き)してそれぞれの特徴画像を鮮明に表示す
る。また、それぞれの画像を利用すれば、正確な溶接状
況を把握して自動監視制御に役立てることができる。
【0006】
【実施例】以下本発明の1実施例に係わるガスシールド
アーク溶接のビード形状自動制御手法について図1を用
いて説明する。前記実施例に係わるCCDカメラ3は溶
接トーチ1の溶接進行方向前方向に配し、溶接部5を撮
像する。CCDカメラ3の前面には、600〜800nm
を中心波長として、100nm以下の範囲の幅の波長を透
過する干渉フィルタ13を配して全体的なアーク光の影
響を軽減する。CCDカメラ3では、カメラコントロー
ラ12によりCCD素子にチャージされた電位を映像信
号に変換されると共に、カメラコントローラ12は、C
CDカメラ3のシャッタースピードを切り替える選択ス
イッチを有して、CCD素子のチャージ時間をコントロ
ールできる機能を有している。シャッタースピード切り
替え器7は、制御装置10により指示されたシャッター
スピードになるようにカメラコントローラ12の選択ス
イッチを切り替えるリレー回路を有したものである。ま
た、制御装置10から画像取込み指令を受けたら、溶接
状況を取り込むトリガ信号を発信する回路も有してい
る。このトリガ回路は、画像処理装置8が備える場合も
ある。画像処理装置8は、制御装置10から指令される
画像取込開始信号をもって画像をフリーズ(取込)にい
く。このときの画像は当然最適なシャッタースピードで
撮像された画像を取り込まれる。これをアーク画像、溶
融池画像、開先画像を取り込んで合成処理した結果、T
Vモニタ9に表示され、各部位が見やすく表示されるこ
とになる。なお、図中4は開先面、6はビードを示す。
【0007】次に本発明の画像取込方法について図1、
図2を用いて説明する。制御装置10では、溶接電源1
1から送られてくる電流、電圧値をA/D変換してモニ
タして、この値(ガスシールドアーク溶接では電圧、テ
ィグ溶接では電流値を検知)の小さいときに開先形状の
画面を取り込むように指示する。このとき事前に開先
を撮像するのに最適なシャッタースピードをシャッター
スピード切り替え器7に指令をしておき、その後(電
流、電圧値が小さくなった時点で)画像取込信号をON
にして開先の画像を得る。また溶接ワイヤ14先端の
アーク15については電流/電圧値が指定値よりも大き
いときにアーク15の画面を取り込むように指示す
る。溶融池画像は、前記のそれぞれの画像、の時
の画像を利用するか、もしくは適当な範囲に電流、電圧
が入っていたときに最適なシャッタースピードを指示し
て溶融池画像を取り込む。取り込んだ画像は、次の手
順で合成処理する。また逆に制御装置10からそれぞれ
の画像を取り込むのに最適な電流(又は電圧)をD/A
変換器を介して指令して、同時にその時の画像にあった
シャッタースピードを設定して画像取込信号をONして
それぞれの画像を取り込むことも可能である。それぞれ
の画像合成方法は、ベースの画像を開先画像とする。
つまり、この開先の画像を取り込んだらTVモニタ9画
面をこの画像に入れ替える。従って、次に溶融池16も
しくはアーク15の画像を取り込むまでは、この開先の
画像が映し出されることになる。しかし、実際はこの頻
度は低く、すぐにアーク15や溶融池16が重ね書きさ
れることになる。アーク画像を取り込んだら予め設定
してあったマスク1の部分を新たなTVモニタ画像に重
ね書きする。更に溶融池画像を取り込んだら、これを
予め設定してあったマスク2の部分をTVモニタ画像に
重ね書きする。これを繰り返すことによりTVモニタに
は常にそれぞれの特徴をよく映し出した画像を表示する
ことができる。マスク位置については、例えば、アーク
15ならアーク重心位置Acを起点として、溶融池16
なら溶融池先端位置P1を起点としてマスク範囲を自動
設定することも出来る。このことにより、カメラの取付
方法の違いや溶接条件、開先形状の違いに自動的に対応
する事も可能となる。
【0008】なお、シャッタースピードの変更の回路は
図3の如く設定できる。例えば4種類にシャッタースピ
ードを変える場合、これに対応して4つのスイッチX
1,X2,X3,X4を用意しておく。これで、アーク
撮像シャッタースピードに変更するときにはX1のみO
Nとする。アーク時の溶融池を撮像するシャッタースピ
ードに変更するときはX2のみONとする。短絡時の溶
融池を撮像するシャッタースピードに変更するときは、
X3のみONとする。開先状況を撮像するシャッタース
ピードに変更するときは、X4のみONとする。これに
より、それぞれの撮像対象に合わせたシャッタースピー
ドを設定可能となる。また制御装置10では、図2の如
くそれぞれの対象物の正確な画像を利用して溶接トーチ
1、溶接ワイヤ挿入位置14、アーク形状(重心位置か
らのアークの偏向)15、溶融池先端の形状(溶融状
態)16、ビード形状6、ビード左端17及びビード右
端18の位置を把握して、溶接電源11に対して、電流
や電圧の指令を行う事が可能となる。例えば溶接ワイヤ
挿入位置14とビード左端17及びビード右端18の位
置の把握により左右軸2を動かしてワイヤ挿入位置14
がビード左端17及びビード右端18の位置の中央に来
るように溶接線を制御することが可能である。
【0009】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、明
るさの異なる対象各部アーク、溶融池、開先面の画像を
最適なシャッタースピードの設定により正確に撮像し
て、これを画像合成処理して表示することで、遠隔での
溶接作業に有効な正確なモニタ画像を提供することが出
来る。ひいては、このそれぞれの画像をその特徴画像か
ら溶接条件等の正確な制御等に利用することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による溶接状況の遠隔監視制御装置の全
体構成図である。
【図2】画像合成方法を説明した図である。
【図3】シャッタースピードを変更するための回路を説
明した図である。
【符号の説明】
1 溶接トーチ 2 左右軸 3 CCDカメラ 4 開先面 5 溶融部 6 ビード 7 シャッタースピード切り替え器 8 画像処理装置 9 TVモニタ 10 制御装置 11 溶接電源 12 カメラコントローラ 13 干渉フィルタ 14 溶接ワイヤ 15 アーク 16 溶融池 17 ビード左端 18 ビード右端
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−33064(JP,A) 特開 昭59−197810(JP,A) 特開 平2−15880(JP,A) 特開 昭51−72938(JP,A) 特開 昭63−130271(JP,A) 特開 平4−182069(JP,A) 特開 昭62−161468(JP,A) 特開 昭52−74550(JP,A) 実公 平4−16541(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/095 B23K 9/127 G03B 7/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接状況をカメラで監視する遠隔監視方
    法において、溶接部における監視対象である溶融池、ア
    ーク、開先の状態を鮮明に撮像するため600〜800
    nmを中心波長として、100nm以下の範囲の幅の波
    長を透過する干渉フィルタをCCDカメラの前面に配
    し、 シャッタースピードを選択して切り替えられる制御装置
    により、前記監視対象それぞれに合わせた最適なシャッ
    タースピードで且つ開先についてはティグ溶接時は電流
    が小さい時又はガスシールドアーク溶接時は電圧が小さ
    い時に、 アークについてはティグ溶接時は電流が指定値よりも大
    きい時又はガスシールドアーク溶接時は電圧が指定値よ
    りも大きい時に撮像し、 溶融池についてはティグ溶接時は電流が所定の範囲内の
    時若しくはガスシールドアーク溶接時は電圧が所定の範
    囲内の時に撮像するか、 又は開先、アーク撮像時にその
    画像内に含まれた溶融池の画像を利用して、 前記監視対象それぞれの画像情報を順次得ると共に、画
    像処理装置により設定された画面のマスク位置にそれぞ
    れの画像情報を合成して、モニタ出力することで鮮明な
    画像を表示して、開先線倣いを含めた溶接条件制御を行
    うことを特徴とする溶接状況の遠隔監視方法。
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