JP3860156B2 - Copy welding equipment - Google Patents
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Description
本発明は新規な倣い溶接装置に関する。詳しくは、ワークの表面状態の影響を受けずに開先を画像認識して確実な倣いを行う技術に関する。 The present invention relates to a novel copy welding apparatus. More specifically, the present invention relates to a technique for image recognition of a groove and performing reliable copying without being affected by the surface state of a workpiece.
倣い溶接の技術において、倣いセンサの非接触化が進められている。 In the profiling welding technique, non-contact profiling sensors are being promoted.
特に、画像認識手段を使用して開先を認識し、該認識した開先に沿って溶接トーチを倣わせる技術が特許文献1、特許文献2、特許文献3等に開示されている。
In particular, Patent Literature 1,
上記各特許文献1〜3に示された技術は、何れも、開先を横切るようにレーザースリット光を照射して光切断像を得、該光切断像を画像処理して倣い情報を得るものである。 Each of the techniques disclosed in the above Patent Documents 1 to 3 obtains a light cut image by irradiating a laser slit light so as to cross the groove, and obtains copying information by image processing the light cut image. It is.
レーザースリット光の照射によると一つの画像取得手段によって開先の幅及び深さを計測することができる利点を有するが、開先に溝を有しない形状、例えば、突き合わせ溶接に適用した場合は、光切断像を得ることができず、倣いが不能である。 According to the laser slit light irradiation, there is an advantage that the width and depth of the groove can be measured by one image acquisition means, but when the groove is not formed in the groove, for example, when applied to butt welding, A light-cut image cannot be obtained and copying is impossible.
特許文献4に記載されたものは、レーザースリット光を使用しないものであり、2枚の薄板による隅肉溶接部付近を溶接方向前方からCCDカメラで撮影しながら溶接を開始し、適切な閾値で二値化されたアーク光を基に、アーク光前方に溶接線を含む矩形の処理領域を設定し、該処理領域の中で溶接線と交わる方向の走査線を引き、走査線上の輝度を分析して溶接線との交点を求め、このような処理を処理領域全域亘ってに行って、溶接線を検出するものである。
The one described in
しかしながら、アーク光をいうのは溶接条件としての電流電圧に起因するアーク・溶融池の副産物であり、「アーク光が常に一定な状態」にあるとか「アーク光を調整」するとかは、不可能なことといえる。 However, arc light is a by-product of the arc and molten pool caused by the current voltage as welding conditions, and it is impossible to "control the arc light" or "the arc light is always constant" It can be said that.
そこで、本発明は、レーザースリット光による光切断線を使用すること無しに、溶接トーチに先行する開先領域の画像から画像処理によって開先を検出し、該検出結果に基づいて溶接トーチの移動線を制御することによって、倣うことができる開先の種類が限定されずに、汎用性の高い画像処理を使用した倣い溶接装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention detects a groove by image processing from an image of a groove area preceding the welding torch without using an optical cutting line by laser slit light, and moves the welding torch based on the detection result. It is an object of the present invention to provide a copying welding apparatus using image processing with high versatility without limiting the types of grooves that can be copied by controlling a line.
本発明倣い溶接装置は、上記した課題を解決するために、溶接トーチと、上記溶接トーチに先行する開先(以下、「先行開先領域」という)の画像を取得する画像取得手段と、上記先行開先領域に対して溶接トーチを遮蔽する遮蔽手段と、上記溶接トーチ、画像取得手段及び遮蔽手段を一体的に支持すると共に左右方向に移動させる左右駆動手段と、上記画像取得手段によって取得した画像から開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置との位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて上記左右駆動手段を駆動して開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置とが一致するように制御する制御手段とを備えて成り、上記左右駆動手段を上下方向に移動させる上下駆動手段を有すると共に、上記遮蔽手段はワークに接触する先端部がワークに離接する方向に移動自在とされ、上記先端部の位置を検出するセンサを備え、上記制御手段が、上記センサの検出結果に基づいて、上記上下駆動手段を駆動して、上記遮蔽手段の先端部と溶接トーチと画像取得手段とが所定の位置関係を保つように位置制御するものである。 In order to solve the above-described problem, the copying welding apparatus according to the present invention acquires an image of a welding torch and a groove preceding the welding torch (hereinafter referred to as “preceding groove region”); Obtained by shielding means for shielding the welding torch against the preceding groove region, left and right drive means for integrally supporting the welding torch, image obtaining means and shielding means and moving in the left-right direction, and the image obtaining means. A positional deviation between the position of the groove in the left-right direction and the position of the welding torch in the left-right direction is detected from the image, and the left-right drive means is driven based on the detection result to determine the position of the groove in the left-right direction and the position of the welding torch. formed Ri and a control means for the position in the lateral direction is controlled so as to coincide, which has a vertical drive means for moving the left and right drive means in the vertical direction, the shielding The stage includes a sensor for detecting a position of the tip part, the tip part contacting the work being movable in a direction in which the tip part is separated from and contacting the work, and the control means is based on the detection result of the sensor. To control the position of the tip of the shielding means, the welding torch, and the image acquisition means so as to maintain a predetermined positional relationship .
従って、本発明倣い溶接装置にあっては、装置全体の構成を大型化すること無しに、あらゆる種類の開先を倣うことが可能になり、精度の高い倣い溶接が可能になる。また、倣い溶接装置にとって元々必要である上下倣いセンサを遮蔽手段として利用することができ、特別な遮蔽手段を設ける必要がなく、倣い溶接装置を安価に構成することができる。 Therefore, in the profiling welding apparatus of the present invention, it is possible to follow all kinds of grooves without increasing the size of the entire apparatus, and profiling welding with high accuracy is possible. In addition, an up-and-down scanning sensor that is originally necessary for the copying welding apparatus can be used as the shielding means, and it is not necessary to provide a special shielding means, and the copying welding apparatus can be configured at low cost.
本発明倣い溶接装置は、溶接トーチと、上記溶接トーチに先行する開先(以下、「先行開先領域」という)の画像を取得する画像取得手段と、上記先行開先領域に対して溶接トーチを遮蔽する遮蔽手段と、上記溶接トーチ、画像取得手段及び遮蔽手段を一体的に支持すると共に左右方向に移動させる左右駆動手段と、上記画像取得手段によって取得した画像から開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置との位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて上記左右駆動手段を駆動して開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置とが一致するように制御する制御手段とを備えて成り、上記左右駆動手段を上下方向に移動させる上下駆動手段を有すると共に、上記遮蔽手段はワークに接触する先端部がワークに離接する方向に移動自在とされ、上記先端部の位置を検出するセンサを備え、上記制御手段が、上記センサの検出結果に基づいて、上記上下駆動手段を駆動して、上記遮蔽手段の先端部と溶接トーチと画像取得手段とが所定の位置関係を保つように位置制御することを特徴とする。 The copying welding apparatus according to the present invention includes a welding torch, image acquisition means for acquiring an image of a groove preceding the welding torch (hereinafter referred to as “preceding groove region”), and a welding torch for the preceding groove region. Shielding means for shielding, a welding drive torch, an image acquisition means and a left and right drive means for integrally moving the shielding means and moving in the left and right direction, and a position of the groove in the horizontal direction from the image acquired by the image acquisition means And the position of the welding torch in the left-right direction is detected, and the left-right drive means is driven based on the detection result so that the position of the groove in the left-right direction matches the position of the welding torch in the left-right direction. Ri formed and a control means for controlling the, which has a vertical drive means for moving the left and right drive means in the vertical direction, the said shielding means tip contacts the workpiece And a sensor that detects the position of the tip portion, and the control means drives the vertical drive means based on the detection result of the sensor, and the shielding means The position control is performed so that the distal end portion of the metal plate, the welding torch, and the image acquisition means maintain a predetermined positional relationship .
従って、本発明倣い溶接装置にあっては、装置全体の構成を大型化すること無しに、あらゆる種類の開先を倣うことが可能になり、精度の高い倣い溶接が可能になる。また、倣い溶接装置にとって元々必要である上下倣いセンサを遮蔽手段として利用することができ、特別な遮蔽手段を設ける必要がなく、倣い溶接装置を安価に構成することができる。 Therefore, in the profiling welding apparatus of the present invention, it is possible to follow all kinds of grooves without increasing the size of the entire apparatus, and profiling welding with high accuracy is possible. In addition, an up-and-down scanning sensor that is originally necessary for the copying welding apparatus can be used as the shielding means, and it is not necessary to provide a special shielding means, and the copying welding apparatus can be configured at low cost.
請求項2に記載した発明にあっては、画像取得手段が、撮像手段と上記先行開先領域を照明する照明手段とを有し、上記照明手段は上記撮像手段の光軸と同軸の照明光によって上記先行開先領域を照明するように構成されたので、先行開先領域の表面で散乱光が生じにくく、良質な画像を取得することができ、その結果、精度の良い倣いが可能になる。
In the invention described in
以下に、本発明倣い溶接装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the copying welding apparatus of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
本発明にかかる倣い溶接装置10は、溶接トーチ20と、上記溶接トーチ20に先行する開先(以下、「先行開先領域」という)の画像を取得する画像取得手段30と、上記先行開先領域に対して溶接トーチを遮蔽する遮蔽手段40と、上記溶接トーチ20、画像取得手段30及び遮蔽手段40を一体的に支持すると共に左右方向に移動させる左右駆動手段50と、上記画像取得手段によって取得した画像から開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置との位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて上記左右駆動手段を駆動して開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置とが一致するように制御する制御手段60と、上記左右駆動手段50を上下方向に駆動する上下駆動手段70とを備える。
The
左右駆動手段50は溶接進行方向に沿って移動する図示しない走行台車に上下駆動手段70を介して設けられた支持アーム51と該支持アーム51に左右駆動機構52を介して支持された移動アーム53とを備え、溶接トーチ20、画像取得手段30、遮蔽手段40は上記移動アーム53に一体的に支持されている。
The left / right drive means 50 is a
上下駆動手段70の詳細は省略するが、走行台車に対して上記支持アーム51を上下方向に駆動するようになっている。
Although details of the vertical driving means 70 are omitted, the
画像取得手段30は、CCDカメラ等の撮像手段31と溶接トーチ20に先行する開先(以下、「先行開先領域」という)及びその周辺を照明する照明手段32を備えており、上記照明手段32は、例えば、光源32aとハーフミラー32bとによって撮像手段31の光軸と同軸の照明光によって先行開先領域及びその周辺を照明するように構成されている。そして、上記撮像手段31と照明手段32は下端が開口した筐体33内に配置されている。
The image acquisition means 30 includes an imaging means 31 such as a CCD camera, a groove preceding the welding torch 20 (hereinafter referred to as “preceding groove area”) and an illumination means 32 for illuminating the periphery thereof. For example, the
遮光手段40は、左右駆動手段50の移動アーム53に固定的に支持された主部41と該主部41に固定された遮光板42と主部41の下端から突出し主部41に対して上下方向にスライド自在に構成された摺動軸43とを備え、摺動軸43は主部41内に設けられたコイルバネ等の弾発手段によって下方へ、すなわち、ワーク81、82に接触する方向へ付勢されている。そして、主部41内には摺動軸43の先端部43aの位置を検出するためのセンサが内装されている。該センサは摺動軸43の主部41に対する相対位置を検出してこれを電気信号として出力することができるものであれば良く、例えば、ポテンショメータのような接触式の可変抵抗器、ホール素子とマグネットから成る非接触の電磁式位置センサ等種々のものが適用可能である。なお、上記摺動軸43の先端43はワーク81、82との抵抗を少なくするためにローラによって構成されている。
The light shielding means 40 protrudes from the lower end of the
そして、上記主部41及び遮光板42は溶接トーチ20と画像取得手段30との間を遮蔽するように位置し、特に、溶接トーチ20のアークや溶融池の光20a(図2の梨地部分参照)が画像取得手段30にとって外乱光とならないようにしている。
The
上記倣い溶接装置10によって2つの板状ワーク81、82を突き合わせた開先80を倣い溶接する動作について以下に、図3のフローチャートを参照して、説明する。
With reference to the flowchart of FIG. 3, the operation of copying and welding the
まず、倣い溶接をするのに先立って、開先80を適当な間隔を置いて仮止め83、83、・・・を施して、2つのワーク81、82が突き合わされた状態が保たれるようにする。
First, prior to copying welding, the
まず、左右駆動手段50の移動アーム53に溶接トーチ20、画像取得手段30及び遮蔽手段40を、互いの位置関係が所定の位置関係となるように支持させ、移動台車、上下駆動手段70、左右駆動機構52を駆動して溶接開先80の初期位置に位置合わせする。
First, the
上記初期位置合わせが完了した状態で、倣い動作を開始させる(ステップ1(S1))。すなわち、図示しない移動台車を開先80の延びる方向に沿って移動させながら左右駆動手段50及び上下駆動手段70を駆動状態とし、制御手段60を働かせて倣い動作を開始する。
The copying operation is started with the initial alignment completed (step 1 (S1)). That is, while moving a movable carriage (not shown) along the direction in which the
倣い動作が開始すると、まず、画像取得手段30で取得した先行開先領域の画像100の上方部位に設定した上部検出エリア110(図4参照)におけるラインエッジ処理を行う(ステップ2(S2))。すなわち、上記エリア110内におけるX方向に±3度までの傾斜を許容範囲として白から黒への変化として示される直線の検出をY方向に走査して行う。
When the copying operation is started, first, line edge processing is performed in the upper detection area 110 (see FIG. 4) set in the upper part of the
先ず、上記走査エリア110を一の方向(この例では右方向)への走査エリア110aとし、そして、該検出エリア110a内に上記直線111aが検出された(図5参照)ら上記エリア110をY方向を180度回転させた検出エリア110bとし、Y方向に走査して上記と同様にして直線を検出する。上記検出エリア110b内に開先80がある場合は上記直線111aと間隔をおいてほぼ平行に対向する直線111bが検出される(図6参照)。
First, the
上記手順により、上部検出エリア110内で2本のほぼ平行に対向した直線111a、111bが検出された(図7参照)場合は、ライン検出が為された(YES)としてステップ4(S4)に進み、上記直線111a、111bが検出されていない場合はライン検出がされてない(NO)と判断してステップ2(S2)に戻る。
When two substantially parallel
ステップ4(S4)では上部検出エリア110内で仮止めが検出されたか否かの処理を行う。すなわち、ステップ2(S2)で検出された2本の直線111aと111bとの間の間隔が測定され、ステップ5(S5)で2本の直線111aと111bとの間の間隔が所定値より大きいか否かの判定が為される。
In step 4 (S4), a process is performed to determine whether or not temporary fixing is detected in the
上部検出エリア110内に仮止めビード90があった場合でもステップ2(S2)で平行な直線111a、111bが検出される(図8参照)。しかしながら、仮止めビード90の場合はその幅が突き合わせ開先80と比較して極端に大きい。そこで、幅によって開先80と仮止めビード90とを区別するための適当な値を設定しておき、ステップ2(S2)で検出されたほぼ平行な2本の直線111aと111bとの間の間隔が上記所定値より大きいか否かの判定をステップ5(S5)で行い、所定値より大きい場合は仮止めビード90が検出されたとして(YES)ステップ2(S2)に戻り、所定値より大きくない場合は仮止めビード90が検出されなかった(NO)としてステップ6(S6)に進む。
Even when the
ステップ6(S6)からステップ9(S9)までで、画面100の下方部位に下部検出エリア120を設定して、該下部検出エリア120に関して、ラインエッジの検出処理(ステップ6(S6)にてステップ2(S2)と同様の処理を下部検出エリア120に関して行い、ステップ7(S7)にてステップ3(S3)と同様の判断を行う)、仮止めビード90の検出処理(ステップ8(S8)にてステップ4(S4)と同様の処理を行い、ステップ9(S9)にてステップ5(S5)と同様の判断を行う)を行い、ステップ7(S7)にて下部検出エリア120においてラインの検出が為されたと判断された(YES)時はステップ8(S8)に進み、ラインの検出が為されなかった(NO)と判断されたときはステップ2(S2)に戻り、ステップ9(S9)にて仮止めビード90が検出されたと判断されたとき(YES)はステップ2(S2)に戻り、仮止めビードが検出されなかったとき(NO)はステップ10(S10)に進む。
From step 6 (S6) to step 9 (S9), a
ステップ10(S10)では、上部検出エリア110及び下部検出エリア120で検出された各直線111a(121a)と111b(121b)の座標から、各直線間の中間線111c(121c)を算出して(図9参照)それを上部及び下部のラインエッジとし、ステップ11(S11)へと進む。
In step 10 (S10), an
ステップ11(S11)ではステップ10(S10)で算出した上下のラインエッジ111cと121cとを結んだ線の中間位置130を算出し、該中間位置130を画像中心100Cと比較し(図10参照)ステップ12(S12)へ進む。
In step 11 (S11), an
ステップ12(S12)では上記中間位置130と画像中心100Cとを比較した結果、中間位置130が画像中心100Cより右寄りであるか否かが判断され、右寄りでないと判断されたとき(NO)はステップ13(S13)へ進み、右寄りであると判断されたとき(YES)はステップ14(S14)へ進む。
In step 12 (S12), as a result of comparing the
ステップ13(S13)では上記中間位置130と画像中心100Cとを比較した結果、中間位置130が画像中心100Cより左寄りであるか否かが判断され、左寄りでないと判断されたとき(NO)はステップ2(S2)へ戻り、左寄りであると判断されたとき(YES)はステップ15(S15)へ進む。
In step 13 (S13), as a result of comparing the
上記ステップ14(S14)では左右駆動手段50に対して移動アーム53を左方へ移動させる旨の指令が出されてステップ2(S2)へ戻る。
In step 14 (S14), a command to move the moving
上記ステップ15(S15)では左右駆動手段50に対して移動アーム53を右方へ移動させる旨の指令が出されてステップ2(S2)へ戻る。
In step 15 (S15), a command to move the moving
以上のようにして、溶接トーチ20が開先80に倣って移動しながら溶接ビードを形成していく。
As described above, the
なお、溶接トーチ20の先端と開先80との間に上下方向、すなわち、ワーク81、82に離接する方向へのずれが生じた場合には、遮蔽手段40に設けられた弾発手段によって摺動軸43の先端43aがワーク81、82に表面に追従して移動するので、それが、遮蔽手段40に組み込まれた上記センサによって検知され、該検知結果を受けて制御手段60が上下駆動手段を駆動して左右駆動手段50を上下させて溶接トーチ20(及び画像取得手段30、遮光手段40の遮光板41))の位置を上下方向で調整する。
In addition, when a deviation in the vertical direction, that is, the direction in which the
上記した倣い溶接装置10にあっては、開先の形状を選ばず、例えば、スリット光の照射では倣うことが不能であった、突き合わせ開先を倣うことができると共に、装置全体を小型に構成することができる。
In the above-described
各種の倣い溶接に適用可能である。 It can be applied to various types of copy welding.
10…倣い溶接装置、20…溶接トーチ、30…画像取得手段、31…撮像手段、32…照明手段、40…遮蔽手段、50…左右駆動手段、60…制御手段、70…上下駆動手段、80…開先、100…先行開先領域の画像
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記左右駆動手段を上下方向に移動させる上下駆動手段を有すると共に、
上記遮蔽手段はワークに接触する先端部がワークに離接する方向に移動自在とされ、上記先端部の位置を検出するセンサを備え、
上記制御手段が、上記センサの検出結果に基づいて、上記上下駆動手段を駆動して、上記遮蔽手段の先端部と溶接トーチと画像取得手段とが所定の位置関係を保つように位置制御する
ことを特徴とする倣い溶接装置。 A welding torch, image acquisition means for acquiring an image of a groove preceding the welding torch (hereinafter referred to as “preceding groove area”), and shielding means for shielding the welding torch from the preceding groove area; The left and right drive means for integrally supporting the welding torch, the image acquisition means and the shielding means and moving in the left and right direction, the position in the left and right direction of the groove from the image acquired by the image acquisition means, and the horizontal direction of the welding torch Control means for detecting a positional deviation from the position and controlling the position of the groove in the left-right direction and the position of the welding torch in the left-right direction by driving the left-right drive means based on the detection result. Ri formed a,
While having a vertical drive means for moving the left and right drive means in the vertical direction,
The shielding means includes a sensor for detecting a position of the tip portion, the tip portion contacting the workpiece being freely movable in a direction to be separated from and contacting the workpiece;
The control means drives the vertical drive means based on the detection result of the sensor, and controls the position so that the tip of the shielding means, the welding torch, and the image acquisition means maintain a predetermined positional relationship. Copy welding equipment characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1に記載の倣い溶接装置。 The image acquisition means includes an imaging means and an illumination means for illuminating the preceding groove area, and the illuminating means is configured to illuminate the preceding groove area with illumination light coaxial with the optical axis of the imaging means. The profiling welding apparatus according to claim 1, wherein:
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