JP4397521B2

JP4397521B2 - Imaging device for welding

Info

Publication number: JP4397521B2
Application number: JP2000399893A
Authority: JP
Inventors: 英男関; 誠古川; 幸治小田; 啓示大塚
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP2002204397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像装置に関するもので、特に、溶接現場の監視に適した広ダイナミックレンジを有する溶接用撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶接ロボットを用いて行われるレーザ溶接などの自動溶接工程では、撮像装置と表示装置とを用いて溶接状況の監視が行われる。この溶接状況の監視は、図７に示すように、レーザ光の照射を受けて溶融状態になった金属表面の高温の溶融池の先端部分と、この金属の溶融池が凝固することによってこの溶融池の背後に形成されるビード部について行われる。溶融池の先端部分はキーホール領域やスポット部と称され、溶接の良否の判断に監視が不可欠な箇所である。ビード部も溶接における重要な監視対象であり、その最大幅と最小幅の比に基づいて溶接作業を制御するという提案もなされている（例えば特開平６ー３４８８３）。
【０００３】
高輝度のスポット部と、低輝度のビード部とを一つの表示画面上で監視するには、輝度に対する広いダイナミックレンジを持った撮像装置が必要になるが、これを実現することは難しい。そこで、アーク部などの高輝度の箇所とビード部などの低輝度の箇所を２台の撮像装置で個別に撮像し、それぞれの撮像画面を合成したものを一つの表示画面に表示する方法が提案されている（特開平１１−１４６３８７号公報、特開平１１−２７７２３１号公報、特開２０００−１７６６７５号公報など）。
【０００４】
また、広ダイナミックレンジの撮像装置として、対数変換型のＣＭＯＳカメラが開発されてきた。このＣＭＯＳカメラは、ＭＯＳ・ＦＥＴのＶ−Ｉ特性が弱反転状態の微小電流範囲において対数特性を示すことを利用している。このようなＭＯＳ・ＦＥＴを受光用のフォトダイオードに負荷として接続することにより、入射光の照度の対数値に比例する大きさのセンサ信号を得ている（特開平１０−９００５８号公報、特開平１１−２１１５６５号公報など）。
【０００５】
また、上記特開平１１−２１１５６５号公報では、ＣＭＯＳカメラ出力にルックアップ・テーブルを用いてレベル変換を施すことにより、入射光の照度とセンサ信号との間に対数特性が成立しない微弱な照度の範囲にまで、ＣＭＯＳカメラの対数特性を拡張する技術が開示されている。また、この特許文献には、入射光の照度を複数の連続的な領域に分割し、各領域内で同一の対数特性を付与するような変換を行う技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の溶接用撮像装置は、監視対象の輝度の範囲に応じて２台のカメラを使用している。このため、システム全体の構成が複雑、高価になると共に、カメラを２台設置するために、設置空間もかさむという問題がある。また、２台のカメラの撮像画面を合成する回路も必要になる。
【０００７】
また、上記特開平１１−２１１５６５号公報に開示されたように、入射光の照度を複数の連続的な領域に分割し、各領域内で同一の対数特性を付与するような変換を適用することにより、ダイナミックレンジの拡大を図るという対策も考えられる。しかしながら、このようにすると、スポット部と、ビード部以外の輝度の箇所にもセンサ信号のレベルが割当られてしまい、監視対象として必須のスポット部とビード部とに割当てることができるセンサ信号のレベル（階調）が制限され、容易かつ正確に監視することが困難になるという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の一つの目的は、１台の撮像装置を使用することにより、高輝度のスポット部も低輝度のビード部も一つの表示画面上で監視可能な溶接用撮像装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、監視対象として必須のスポット部とビード部とに多くのレベルを割当てることにより、溶接現場を容易にかつ正確に監視できる溶接用撮像装置を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、外部からルックアップ・テーブルを変更することにより撮像特性を撮像対象や状況に応じて容易に変更できる溶接用撮像装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本発明の溶接用撮像装置は、入射光を受けてその照度に応じた対数的レベルの電気信号をアナログ・センサ信号として出力する光電変換部と、このアナログ・センサ信号をディジタル・センサ信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部から出力されるディジタル・センサ信号又はこれを所定の照度及びセンサ信号のレベルの範囲にわたって相互の直線関係を有するように補正したディジタル・センサ信号のレベルを、入射光の所定の照度の範囲内でのみこの照度の変化に対して対数的に変化するように変換するレベル変換部とを備えることにより、監視対象箇所の照度範囲に多くの階調信号を割当て、これによって容易かつ正確な監視を可能とするように構成されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態によれば、上記入射光の所定の照度の範囲は、スポット部からの入射光の照度を含む第１の照度の範囲と、ビード部からの入射光の照度を含む第２の照度の範囲とから成り、溶接状況の監視に適した撮像装置が提供される。
【００１３】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記入射光の所定の照度の範囲の外では、上記ディジタル・センサ信号のレベルがゼロのレベルに変換されることにより、一層多くの階調を監視対象の箇所に割当てて監視を容易かつ正確にするように構成されている。
【００１４】
本発明の更に好適な実施の形態によれば、上記レベル変換部の変換の内容を外部入力によって変更する手段を備えることにより、監視対象箇所を正確に設定したり、監視対象や状況の変化に応じて監視対象の輝度や照度の領域を容易に変更したりすることを可能とするように構成されている。
【００１５】
本発明の更に好適な実施の形態によれば、上記光電変換部は、入射光を受けてその照度に応じたレベルの光電流を流すフォトダイオードと、このフォトダイオードに流れる光電流を電圧に変換する対数型のＶ−Ｉ特性を有する第１のトランジスタと、この電圧を増幅する第２のトランジスタと、この増幅された電圧を前記アナログ・センサ信号として選択的に出力する第３のトランジスタとを備えた画素群から成ることにより、対数型の広いダイナミックレンジを実現するように構成されている。
【００１６】
本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、上記フォトダイオードの接合容量と浮遊容量とを含むコンデンサに充電された電荷を、第１のトランジスタを通して放電する放電手段を備えることにより、残像の発生を回避して撮像画面の画質を向上させるように構成されている。
【００１７】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例の溶接用撮像装置の構成を示すブロック図である。この撮像装置は、光電変換部１、Ａ／Ｄ変換部２、直線補正部３、レベル変換部４及び特性調整部５を備えている。光電変換部１は、二次元的に配列された適宜個数の光電変換素子１〜ｎから構成されている。
【００１８】
光電変換部１の各光電変換素子は、図２に示すように、フォトダイオードＰＤと３個のＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ３とを備えている。第１のＭＯＳトランジスタＱ１は、ｎ型のＭＯＳトランジスタから成り、ゲート直下に弱い逆転層が形成されるようにバイアスされることにより、対数型のＶ−Ｉ特性を有する。すなわち、フォトダイオードＰＤに入射した光の照度に応じた大きさの光電流が流れると、この光電流の対数値に比例する量だけドレイン電圧ＶＤよりも低下した電圧がノードＰに出現する。このノードＰの電圧は、第２のＭＯＳトランジスタＱ２で増幅され、画素選択信号ＶＣをゲートに受けて導通する第３のＭＯＳトランジスタを通して図１のＡ／Ｄ変換部２にアナログ・センサ信号として出力される。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換部２は、光電変換部１内の各光電変換素子から順次供給されるアナログ・センサ信号をディジタル・センサ信号に変換し、これを直線補正部３に供給する。
【００２０】
直線変換部３は、前段のＡ／Ｄ変換部３から出力されたディジタル・センサ信号を、所定の照度と所定のレベルの範囲にわたって相互の直線関係を有するように補正する。一例として、図３中に曲線ａで示すように、光電変換素子への入射光の照度が１０ー2ルクスから１０⁶ルクスの近くまで変化し、これに応じてディジタル・センサ信号に割当てられるレベルがほぼ２００から２５６の範囲にわたって変化するものとする。上記入射光の照度の範囲と、０から２５６までのレベルの範囲にわたって直線性が保たれるように、曲線ｂで示す特性に補正される。
【００２１】
直線補正部３において直線補正が施されたディジタル・センサ信号は、レベル変換部４に供給される。レベル変換部４は、ＲＡＭで構成されるルックアップ・テーブル４ａと、ディジタル・プロセッサで構成されるテーブル書換部４ｂとを備えており、直線補正済のディジタル・センサ信号に対して、ルックアップ・テーブル４ａの内容に従ってレベル変換を行う。
【００２２】
図４は、上記レベル変換部４で行われるレベル変換の一例を説明するための概念図である。この例では、変換前のレベルが３２から６４までの範囲と、１８０から２５６までの範囲について、変換前のレベルに応じて変換後のレベルが変化するようにレベルが割当てられる。すなわち、図３の照度と変換前のレベルとの関係を参照すると、入射光の照度が１０ー1ルックスから１０⁰ルックスの範囲と、３×１０³ルックスから６×１０⁵ルックスまでの範囲について、入射光の照度の変化に対して対数的に変化するように変換後のディジタル・センサ信号にレベルが割当てられる。
【００２３】
この実施例の溶接用撮像装置の感度特性によれば、１０ー1ルックスから１０⁰ルックスまでの照度の範囲は溶接現場のビード部から入射する光の典型的な照度を多く含む範囲であり、３×１０³ルックスから６×１０⁵ルックスまでの照度の範囲は同じくスポット部から入射する光の典型的な照度を多く含む範囲である。このように所定の照度範囲のみについてレベルを割り当てた結果、後段の図示しない表示装置の単一の画面上で、低輝度のビード部と光輝度のスポット部を同時に監視することが可能になる。
【００２４】
図５は、上記レベル変換部４によるレベル変換の他の例を示す概念図である。この例では、ビード部からの入射光の照度を含む１０ー1ルックスから１０⁰ルックスまでの照度の範囲と、スポット部からの入射光の照度を含む３×１０³ルックスから６×１０⁵ルックスまでの範囲のそれぞれに、０から２５６までのレベルが割当てられる。この例では、図４の場合に較べて、より鮮明な画像が表示される。
【００２５】
ビード部やスポット部の照度が溶接作業の状況や、撮像装置の設置位置や、光学フィルタの変更や特性の変化などに起因して当初の予想範囲からずれる場合がある。このような場合、この実施例の撮像装置の操作者は、図１の特性調整部５から指令を入力することにより、照度範囲の変更をテーブル書換部４ｂに指令する。この指令を受けたテーブル書換部４ｂは、ＲＡＭで構成されるルックアップ・テーブル４ａ内の変換データを書換えることにより、階調を割当てる照度の範囲を変更する。このように、ルックアップ・テーブルをＲＡＭで構成しておき、外部からの指令に応じて作成した変換データでルックアップ・テーブルの内容を書換えることにより、容易かつ安価に特性の変更を行うことが可能になる。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換部２とレベル変換部４との間に直線補正部３を介在させることによって、レベル変換部４の汎用性が高まる。すなわち、レベル変換部４を、光電変換部１，Ａ／Ｄ変換部２及び直線補正部３から構成される種々の品種のセンサのフロントエンド部やヘッド部と組合わせることができる。あるいは、このレベル変換部４を撮像装置と表示装置の中間に付加したり、表示装置内の最前段に付加したりすることもできる。
【００２７】
図６は、レベル変換部４によるレベル変換の更に他の例を説明するための概念図である。この例では、ビード部からの入射光の照度よりも大きな１０⁰ルックス（レベル６４）からスポット部からの入射光の照度よりも小さな１０⁴ルックス（レベル１９２）までの範囲に、照度に応じて変化するように０から２５６までのレベルが割当てられる。この例では、スポット部の末尾からビード部の先端部までの領域について鮮明な画像が表示される。
【００２８】
レベル変換部４が、図５に例示するようなレベル変換用のルックアップ・テーブルと、図６に例示するようなレベル変換用のルックアップ・テーブルとを備えており、特性調整部５からの切替え指令を受けた、テーブル書換部４ｂが、いずれかのルックアップ・テーブルを選択する構成とすることもできる。
【００２９】
図２の光電変換素子において、フォトダイオードＰＤに対して並列接続されているコンデンサＣは、このフォトダイオードＰＤの接合容量と浮遊容量とを含んでいる。フォトダイオードＰＤへの入射光の照度が変化すると、フォトダイオードＰＤを流れる光電流が増減し、ノードＰの電圧が上下することになる。それにはコンデンサＣがフォトダイオードＰＤやＭＯＳトランジスタＱ１を通して充放電されなければならない。しかしながら、フォトダイオードＰＤやＭＯＳトランジスタＱ１の抵抗値が大きいため、上記充放電には時間がかかる。この結果、コンデンサＣの端子間電圧、すなわちノードＰの電圧が入射光の照度に追従できなくなり、残像が生ずる。
【００３０】
このような残像の発生を回避するため、ＭＯＳトランジスタＱ３の導通によってこの光電変換素子のアナログ・センサ信号が出力されるたびに、直ちに、第１のＭＯＳトランジスタＱ１を通してコンデンサＣの放電が行われ、初期設定が行われる。すなわち、第１のＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤが短時間にわたって接地電圧程度まで低下され、コンデンサＣに蓄積された電荷がこのＭＯＳトランジスタＱ１を通して放電される。この結果、コンデンサＣの端子電圧は一旦接地電圧程度の初期値に低下せしめられる。この後、ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が定常値に復帰せしめられると、フォトダイオードＰＤに流れる光電流によってコンデンサＣの充電が開始され、端子間電圧は、光電流で決まる大きさの一定値に漸近する。
【００３１】
上述のように、この実施例の撮像装置は、第１のＭＯＳトランジスタＱ１を通してコンデンサＣの放電を行うことにより、残像の発生が回避された良質な画像信号を出力することができる。
【００３２】
以上、Ａ／Ｄ変換部２とレベル変換部４との間に直線補正部３を介在させる構成を例示した。しかしながら、前述したようにレベル変換部４の汎用性を必要としない場合なとには、直線補正部３を省略することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の溶接用撮像装置は、スポット部やビード部などの監視対象からの入射光の照度を含む所定の照度の範囲内でのみこの照度の変化に対して対数的に変化するようにレベルを割り当てる構成であるから、監視対象箇所の照度範囲に多くの階調信号が割当てられ、監視が容易かつ正確になるという効果が奏される。
【００３４】
本発明の好適な実施の形態によれば、上記入射光の所定の照度の範囲外では、上記ディジタル・センサ信号のレベルがゼロのレベルに変換される構成であるから、監視対象の箇所に一層多くの階調を割当てることが可能になり、監視が容易かつ正確になるという効果が奏される。
【００３５】
本発明の更に好適な実施の形態によれば、上記レベル変換部の変換の内容を外部入力によって変更する手段を備える構成であるから、監視対象箇所を正確に設定したり、監視対象や状況の変化に応じて監視対象の輝度や照度の領域を容易に変更したりすることを可能になるという利点がある。
【００３６】
本発明の更に好適な実施の形態によれば、光電変換部は、フォトダイオードとこのフォトダイオードに流れる光電流を電圧に変換する対数型のＶ−Ｉ特性を有するＭＯＳトランジスタなどのトランジスタを備える構成であるから、対数型の広いダイナミックレンジが実現できるという利点がある。
【００３７】
本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、上記フォトダイオードの接合容量と浮遊容量とを含むコンデンサに充電された電荷を、トランジスタを通して放電する構成であるから、残像の発生が回避され、撮像画面の画質が向上するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の溶接用撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記実施例の溶接用撮像装置の光電変換部１の光電変換素子の構成の一例を示す回路図である。
【図３】上記実施例の溶接用撮像装置の直線補正部３の直線補正の一例を説明するための概念図である。
【図４】上記実施例の溶接用撮像装置のレベル変換部４のレベル変換の一例を説明するための概念図である。
【図５】上記実施例の溶接用撮像装置のレベル変換部４のレベル変換の他の一例を説明するための概念図である。
【図６】上記実施例の溶接用撮像装置のレベル変換部４のレベル変換の更に他の一例を説明するための概念図である。
【図７】撮像装置による撮像対象の溶接現場の概要を示す平面図である。
【符号の説明】
１光電変換部
２Ａ／Ｄ変換部
３直線補正部
４レベル変換部
4a ルックアップ・テーブル
4b テーブル書換部
５特性調整部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus for welding having a wide dynamic range suitable for monitoring a welding site.
[0002]
[Prior art]
In an automatic welding process such as laser welding performed using a welding robot, the welding status is monitored using an imaging device and a display device. As shown in FIG. 7, the welding state is monitored by the solidification of the tip of the hot molten pool on the metal surface that has been melted by the irradiation of the laser beam and the molten pool of the metal solidifies. This is done for the bead formed behind the pond. The tip of the weld pool is called a keyhole region or spot portion, and is an indispensable part for judging the quality of welding. The bead portion is also an important monitoring target in welding, and a proposal has been made to control the welding operation based on the ratio between the maximum width and the minimum width (for example, JP-A-6-34883).
[0003]
In order to monitor the high-luminance spot portion and the low-luminance bead portion on one display screen, an imaging device having a wide dynamic range with respect to the luminance is required, but it is difficult to realize this. Therefore, a method has been proposed in which high-intensity parts such as the arc part and low-intensity parts such as the bead part are individually imaged by two imaging devices, and the combined images are displayed on one display screen. (Japanese Patent Laid-Open Nos. 11-146387, 11-277231, 2000-176675, etc.).
[0004]
In addition, a logarithmic conversion type CMOS camera has been developed as an imaging device with a wide dynamic range. This CMOS camera utilizes the fact that the V-I characteristic of a MOS • FET exhibits logarithmic characteristics in a minute current range in a weak inversion state. A sensor signal having a magnitude proportional to the logarithm of the illuminance of incident light is obtained by connecting such a MOS • FET as a load to a light receiving photodiode (Japanese Patent Laid-Open No. 10-90058, Japanese Patent Laid-Open 11-212565 publication etc.).
[0005]
In Japanese Patent Laid-Open No. 11-2111565, level conversion is performed on the CMOS camera output using a look-up table, so that the logarithmic characteristics between the illuminance of the incident light and the sensor signal are not established. A technique for extending the logarithmic characteristics of a CMOS camera to the extent is disclosed. In addition, this patent document discloses a technique for dividing the illuminance of incident light into a plurality of continuous regions and performing conversion that gives the same logarithmic characteristics in each region.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional welding imaging apparatus uses two cameras according to the luminance range to be monitored. For this reason, there is a problem in that the configuration of the entire system is complicated and expensive, and the installation space is increased because two cameras are installed. In addition, a circuit for synthesizing the imaging screens of the two cameras is required.
[0007]
Further, as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-2111565, the conversion of dividing the illuminance of incident light into a plurality of continuous regions and giving the same logarithmic characteristics within each region is applied. Therefore, a measure to increase the dynamic range can be considered. However, in this case, the sensor signal level is also assigned to the spot portion and the luminance portion other than the bead portion, and the sensor signal level that can be assigned to the spot portion and the bead portion that are indispensable for monitoring. There is a problem that (gradation) is limited and it becomes difficult to monitor easily and accurately.
[0008]
Accordingly, one object of the present invention is to provide a welding imaging apparatus that can monitor a high-luminance spot portion and a low-luminance bead portion on a single display screen by using one imaging apparatus. It is in.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a welding imaging apparatus that can easily and accurately monitor a welding site by assigning many levels to spot portions and bead portions that are essential as monitoring targets.
[0010]
Still another object of the present invention is to provide a welding imaging apparatus in which imaging characteristics can be easily changed according to an imaging object and situation by changing a lookup table from the outside.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An image pickup apparatus for welding according to the present invention that solves the above-described problems of the prior art includes a photoelectric conversion unit that receives incident light and outputs an electrical signal of a logarithmic level corresponding to the illuminance as an analog sensor signal, and the analog sensor An A / D converter that converts a signal into a digital sensor signal, and a digital sensor signal output from the A / D converter or a linear relationship between the signals over a predetermined illuminance and sensor signal level range A level conversion unit that converts the level of the digital sensor signal corrected in this manner so as to change logarithmically with respect to the change in illuminance only within a predetermined illuminance range of the incident light. A large number of gradation signals are assigned to the illuminance range at each location, thereby enabling easy and accurate monitoring.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a preferred embodiment of the present invention, the predetermined illuminance range of the incident light includes the first illuminance range including the illuminance of incident light from the spot portion and the illuminance of incident light from the bead portion. An imaging device suitable for monitoring the welding situation is provided.
[0013]
According to another preferred embodiment of the present invention, outside the predetermined illuminance range of the incident light, the level of the digital sensor signal is converted to a level of zero, so that more gradations are obtained. Is assigned to a portion to be monitored to make monitoring easy and accurate.
[0014]
According to a further preferred embodiment of the present invention, by providing means for changing the conversion content of the level conversion unit by an external input, it is possible to accurately set the monitoring target location or to change the monitoring target or the situation. Accordingly, it is possible to easily change the luminance and illuminance areas to be monitored.
[0015]
According to a further preferred embodiment of the present invention, the photoelectric conversion unit includes a photodiode that receives incident light and passes a photocurrent of a level corresponding to the illuminance thereof, and converts the photocurrent flowing through the photodiode into a voltage. A first transistor having a logarithmic VI characteristic, a second transistor for amplifying the voltage, and a third transistor for selectively outputting the amplified voltage as the analog sensor signal. By comprising the provided pixel group, it is configured to realize a wide logarithmic dynamic range.
[0016]
According to still another preferred embodiment of the present invention, the afterimage is provided by providing discharging means for discharging the charge charged in the capacitor including the junction capacitance and the stray capacitance of the photodiode through the first transistor. It is configured to improve the image quality of the imaging screen by avoiding the occurrence of.
[0017]
【Example】
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a welding imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. This imaging apparatus includes a photoelectric conversion unit 1, an A / D conversion unit 2, a straight line correction unit 3, a level conversion unit 4, and a characteristic adjustment unit 5. The photoelectric conversion unit 1 includes an appropriate number of photoelectric conversion elements 1 to n arranged two-dimensionally.
[0018]
As shown in FIG. 2, each photoelectric conversion element in the photoelectric conversion unit 1 includes a photodiode PD and three MOS transistors Q1 to Q3. The first MOS transistor Q1 is composed of an n-type MOS transistor and has a logarithmic VI characteristic by being biased so that a weak inversion layer is formed immediately below the gate. That is, when a photocurrent having a magnitude corresponding to the illuminance of light incident on the photodiode PD flows, a voltage lower than the drain voltage VD appears at the node P by an amount proportional to the logarithmic value of the photocurrent. The voltage at the node P is amplified by the second MOS transistor Q2, and is output as an analog sensor signal to the A / D converter 2 in FIG. 1 through the third MOS transistor that is turned on by receiving the pixel selection signal VC at the gate. Is done.
[0019]
The A / D conversion unit 2 converts analog sensor signals sequentially supplied from the photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion unit 1 into digital sensor signals, and supplies the digital sensor signals to the linear correction unit 3.
[0020]
The linear conversion unit 3 corrects the digital sensor signal output from the preceding A / D conversion unit 3 so as to have a mutual linear relationship over a range of predetermined illuminance and predetermined level. As an example, as indicated by a curve a in FIG. 3, the illuminance of the incident light to the photoelectric conversion element changes from 10 −2 lux to near 10 ⁶ lux, and the level assigned to the digital sensor signal according to this change. Will vary over a range of approximately 200 to 256. The characteristics are corrected to the characteristics shown by the curve b so that the linearity is maintained over the range of the illuminance of the incident light and the range of levels from 0 to 256.
[0021]
The digital sensor signal subjected to the linear correction in the linear correction unit 3 is supplied to the level conversion unit 4. The level conversion unit 4 includes a lookup table 4a composed of a RAM and a table rewriting unit 4b composed of a digital processor. Level conversion is performed according to the contents of the table 4a.
[0022]
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining an example of level conversion performed by the level conversion unit 4. In this example, the level before the conversion is assigned to the range from 32 to 64 and the range from 180 to 256 so that the level after conversion changes according to the level before conversion. That is, referring to the relationship between the level before the conversion illuminance of FIG. 3, the range of 10 ⁰ lux illuminance of the incident light is from 10 -1 lux, the range from 3 × 10 ³ lux to 6 × 10 ⁵ lux A level is assigned to the converted digital sensor signal so that it changes logarithmically with the change in illuminance of the incident light.
[0023]
According to the sensitivity characteristics of the welding imaging apparatus of this embodiment, the range of the illuminance of up to 10 ⁰ lux from 10 -1 lux is in the range including many typical illuminance of light incident from the bead of the welding site, Similarly, the range of illuminance from 3 × 10 ³ lux to 6 × 10 ⁵ lux is a range including a large amount of typical illuminance of light incident from the spot portion. As described above, as a result of assigning levels only to a predetermined illuminance range, it becomes possible to simultaneously monitor a low-luminance bead portion and a light-luminance spot portion on a single screen of a display device (not shown) in the subsequent stage.
[0024]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing another example of level conversion by the level conversion unit 4. In this example, 6 × 10 ⁵ lux from 3 × 10 ³ lux containing 10 and scope of the illuminance over from 1 lux to 10 ⁰ lux, the illuminance of the incident light from the spot portion containing the illuminance of the incident light from the bead portion Each of the ranges up to is assigned a level from 0 to 256. In this example, a clearer image is displayed compared to the case of FIG.
[0025]
The illuminance at the bead portion or spot portion may deviate from the initial expected range due to the welding operation status, the installation position of the imaging device, the change of the optical filter, or the change of characteristics. In such a case, the operator of the imaging apparatus of this embodiment instructs the table rewriting unit 4b to change the illuminance range by inputting a command from the characteristic adjustment unit 5 of FIG. Receiving this command, the table rewriting unit 4b rewrites the conversion data in the lookup table 4a constituted by the RAM, thereby changing the illuminance range to which the gradation is assigned. In this way, the look-up table is composed of RAM, and the characteristics can be changed easily and inexpensively by rewriting the contents of the look-up table with the conversion data created in response to an external command. Is possible.
[0026]
By interposing the straight line correction unit 3 between the A / D conversion unit 2 and the level conversion unit 4, the versatility of the level conversion unit 4 is enhanced. That is, the level conversion unit 4 can be combined with front end units and head units of various types of sensors including the photoelectric conversion unit 1, the A / D conversion unit 2, and the linear correction unit 3. Alternatively, the level conversion unit 4 can be added between the imaging device and the display device, or can be added to the front stage in the display device.
[0027]
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining still another example of level conversion by the level conversion unit 4. In this example, the range from a large 10 ⁰ lux than the illuminance of the incident light from the bead portion (level 64) to small 10 ⁴ lux than the illuminance of the incident light from the spot portion (level 192), in accordance with the illuminance Levels from 0 to 256 are assigned to vary. In this example, a clear image is displayed for the region from the end of the spot part to the tip part of the bead part.
[0028]
The level conversion unit 4 includes a level conversion lookup table as illustrated in FIG. 5 and a level conversion lookup table as illustrated in FIG. The table rewriting unit 4b that has received the switching command may select any one of the lookup tables.
[0029]
In the photoelectric conversion element of FIG. 2, the capacitor C connected in parallel to the photodiode PD includes a junction capacitance and a stray capacitance of the photodiode PD. When the illuminance of light incident on the photodiode PD changes, the photocurrent flowing through the photodiode PD increases and decreases, and the voltage at the node P increases and decreases. For this purpose, the capacitor C must be charged and discharged through the photodiode PD and the MOS transistor Q1. However, since the photodiode PD and the MOS transistor Q1 have large resistance values, it takes time to charge and discharge. As a result, the voltage across the capacitor C, that is, the voltage at the node P cannot follow the illuminance of the incident light, resulting in an afterimage.
[0030]
In order to avoid the occurrence of such an afterimage, the capacitor C is immediately discharged through the first MOS transistor Q1 whenever the analog sensor signal of the photoelectric conversion element is output by the conduction of the MOS transistor Q3. Initial settings are made. That is, the drain voltage VD of the first MOS transistor Q1 is lowered to about the ground voltage for a short time, and the charge accumulated in the capacitor C is discharged through the MOS transistor Q1. As a result, the terminal voltage of the capacitor C is once lowered to the initial value of the ground voltage. After that, when the drain voltage of the MOS transistor Q1 is restored to the steady value, charging of the capacitor C is started by the photocurrent flowing through the photodiode PD, and the voltage between the terminals gradually approaches a constant value determined by the photocurrent. To do.
[0031]
As described above, the image pickup apparatus of this embodiment can output a high-quality image signal in which the occurrence of an afterimage is avoided by discharging the capacitor C through the first MOS transistor Q1.
[0032]
The configuration in which the straight line correction unit 3 is interposed between the A / D conversion unit 2 and the level conversion unit 4 has been illustrated above. However, if the versatility of the level conversion unit 4 is not required as described above, the straight line correction unit 3 can be omitted.
[0033]
【The invention's effect】
As described in detail above, the welding imaging apparatus of the present invention is logarithmic with respect to the change in illuminance only within a predetermined illuminance range including the illuminance of incident light from a monitoring target such as a spot portion or a bead portion. Since the level is assigned so as to change periodically, many gradation signals are assigned to the illuminance range of the monitoring target location, and there is an effect that monitoring becomes easy and accurate.
[0034]
According to a preferred embodiment of the present invention, the level of the digital sensor signal is converted to a level of zero outside the predetermined illuminance range of the incident light. Many gradations can be assigned, and there is an effect that monitoring is easy and accurate.
[0035]
According to a further preferred embodiment of the present invention, since it comprises a means for changing the content of the conversion of the level conversion unit by external input, it is possible to set the monitoring target accurately, There is an advantage that it is possible to easily change the luminance or illuminance area of the monitoring target in accordance with the change.
[0036]
According to a further preferred embodiment of the present invention, the photoelectric conversion unit comprises a photodiode and a transistor such as a MOS transistor having a logarithmic VI characteristic for converting a photocurrent flowing through the photodiode into a voltage. Therefore, there is an advantage that a wide logarithmic dynamic range can be realized.
[0037]
According to still another preferred embodiment of the present invention, since the charge charged in the capacitor including the junction capacitance and the stray capacitance of the photodiode is discharged through the transistor, generation of an afterimage is avoided. There is an advantage that the image quality of the imaging screen is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a welding imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion element of the photoelectric conversion unit 1 of the welding imaging apparatus according to the embodiment.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining an example of straight line correction of a straight line correction unit 3 of the welding imaging apparatus according to the embodiment.
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining an example of level conversion of a level conversion unit 4 of the welding imaging apparatus according to the embodiment.
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining another example of level conversion of the level conversion unit 4 of the welding imaging apparatus according to the embodiment.
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining still another example of level conversion of the level conversion unit 4 of the welding imaging apparatus according to the embodiment.
FIG. 7 is a plan view showing an outline of a welding site to be imaged by the imaging apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Photoelectric conversion unit 2 A / D conversion unit 3 Straight line correction unit 4 Level conversion unit
4a Lookup table
4b Table rewriting part 5 Characteristic adjustment part

Claims

A photoelectric conversion unit that receives incident light from the welding site and outputs an electrical signal at a level corresponding to the illuminance as an analog sensor signal;
An A / D converter for converting the analog sensor signal into a digital sensor signal;
The level of the digital sensor signal output from the A / D converter or the level of the digital sensor signal obtained by correcting the digital sensor signal so as to have a mutual linear relationship over a range of predetermined illuminance and sensor signal level is set to And a level conversion unit that converts the logarithm to change logarithmically with respect to the change in the illuminance only within the range of the illuminance.

In claim 1,
The predetermined illuminance range of the incident light is composed of a first illuminance range including the illuminance of incident light from the spot portion and a second illuminance range including the illuminance of incident light from the bead portion. An imaging device for welding characterized.

In either claim 1 or 2,
The welding imaging apparatus, wherein a level of the digital sensor signal is converted to a level of zero outside a predetermined illuminance range of the incident light.

In any one of claims 1 to 3,
An image pickup apparatus for welding, comprising means for changing contents of conversion of the level conversion unit by external input.

In any one of claims 1 to 4,
The photoelectric conversion unit receives a incident light and passes a photocurrent of a level corresponding to the illuminance thereof, and a logarithmic type VI characteristic that converts the photocurrent flowing through the photodiode into a voltage. For welding, characterized by comprising a pixel group comprising a transistor, a second transistor for amplifying the voltage, and a third transistor for selectively outputting the amplified voltage as the analog sensor signal Imaging device.

In claim 5,
An image pickup apparatus for welding comprising discharge means for avoiding afterimage generation by discharging electric charge charged in a capacitor including a junction capacitance and a stray capacitance of the photodiode through the first transistor. .

In either of claims 5 or 6
The welding imaging device, wherein each of the first transistor and the second transistor is a MOS transistor.