JP6402513B2

JP6402513B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP6402513B2
Application number: JP2014137666A
Authority: JP
Inventors: 文夫松坂; 雄太内田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2034-07-03
Also published as: JP2016015677A

Description

本発明は、溶接中のアークの状態、溶融池の状態を撮像し、或は観察する為の撮像装置に関するものである。

溶接中のアーク、溶融池を観察し、撮像を行う場合には、溶融池から飛散するスパッタ等がレンズに付着するのを防止する為の保護機構を設ける必要がある。

然し乍ら、上記した保護機構を設けた場合、装置が大型化し、カメラの設置位置が制限される。特に、溶接に於いて狭隘箇所の観察を行う場合には、溶融池の近傍にカメラを配置することが困難となる。

又、溶接の状態を監視し、溶接を適切に制御する為には、できるだけアーク、溶融池に接近した位置で撮像することが望まれる。

尚、特許文献１には、カメラの前方に設けられた干渉フィルタと、保護ガラスと、該保護ガラスの前方に穿設された光路孔と、該光路孔の前方を覆い、該光路孔と干渉しない様に設けられた半割りフードと、前記保護ガラスと前記光路孔との間に、前記半割りフードによって前記光路孔を横切る様に流れる様エアを導入するエア導入管とを有し、前記光路孔からスパッタやヒュームの浸入を防止する溶接用視覚センサ及び溶接制御方法が開示されている。

特開平７−２９９５６５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、アーク、溶融池に接近した位置で撮影が可能であると共に、スパッタ等の飛散物から光学系を保護可能な撮像装置を提供するものである。

本発明は、測定対象物の溶接部を撮像するカメラと、該カメラに接続され、該カメラの光軸を前記溶接部に導く導光部と、該導光部の先端と対向して設けられたレンズ保護部とを有し、該レンズ保護部は前記導光部先端の全面を覆い前記光軸上に透孔を有する防護板と、前記導光部の先端と前記防護板との間にエアを噴出するエアノズルとを具備し、前記エアは前記防護板の面に沿って噴出される撮像装置に係るものである。

又本発明は、前記防護板は、下方に向って前記溶接部から離反する方向に傾斜する撮像装置に係るものである。

又本発明は、前記導光部の先端に絞り部材が設けられ、該絞り部材に前記光軸上に位置し、前記透孔と同心であり、該透孔より小径の絞り孔が形成された撮像装置に係るものである。

更に又本発明は、前記導光部の内部に補助エアを供給し、内部を正圧にする補助エア供給口を更に具備する撮像装置に係るものである。

本発明によれば、測定対象物の溶接部を撮像するカメラと、該カメラに接続され、該カメラの光軸を前記溶接部に導く導光部と、該導光部の先端と対向して設けられたレンズ保護部とを有し、該レンズ保護部は前記導光部先端の全面を覆い前記光軸上に透孔を有する防護板と、前記導光部の先端と前記防護板との間にエアを噴出するエアノズルとを具備し、前記エアは前記防護板の面に沿って噴出されるので、前記溶接部の近傍に配設可能となり、狭隘な箇所の撮像が可能となると共に、前記溶接部より飛散したスパッタの大部分が前記防護板により遮られ、スパッタが光学部材に付着するのを防止することができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る撮像装置を溶接部の観察に適用する場合を示す概略正面図である。本発明の第１の実施例に係る撮像装置の要部拡大図である。本発明の第２の実施例に係る撮像装置の要部拡大図である。本発明の第３の実施例に係る撮像装置を示す概略側面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１、図２に於いて、本発明の実施例に係る撮像装置の概略について説明する。

撮像装置１は、主にカメラ本体２、導光部４、レンズ保護部１０から構成される。前記カメラ本体２は撮像素子３、結像光学系３ａを有し、前記撮像素子３として、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンタ等を有し、デジタル画像データを出力する様になっている。

前記カメラ本体２には内部に屈曲した光路が形成された前記導光部４が取付けられている。該導光部４は例えば基端鏡筒部５と、該基端鏡筒部５に直角に連結された中間鏡筒部６、該中間鏡筒部６に対して所定の角度で連結された小鏡筒部７の３分割構造となっている。前記基端鏡筒部５、前記中間鏡筒部６、前記小鏡筒部７は、例えば基端側外周面と先端側内周面にねじ部が形成されており、前記カメラ本体２に前記基端鏡筒部５がねじ部を介して取付けられ、該基端鏡筒部５の先端部に前記中間鏡筒部６がねじ部を介して取付けられ、該中間鏡筒部６の先端部に前記小鏡筒部７がねじ部を介して取付けられる様になっている。

前記基端鏡筒部５の先端部には、偏向光学部材としての第１反射鏡２２が設けられ、該第１反射鏡２２によって光軸１６が垂直下方に偏向される。前記中間鏡筒部６には、リレー光学部材としてのレンズユニット９が設けられ、該レンズユニット９は前記光軸１６方向に変位可能となっており、焦点調整機能を有している。

又、前記小鏡筒部７には、偏向光学部材としての第２反射鏡２３及び非球面レンズ１３が設けられ、更に前記小鏡筒部７の先端に絞り部材１４が取付けられ、該絞り部材１４には小径、例えば１ｍｍ以下の絞り孔１５が穿設されている。前記第２反射鏡２３によって、前記光軸１６は溶接位置に向う様に偏向される。前記非球面レンズ１３は、前記絞り孔１５からの入射光線を球面収差なく平行化して伝搬させる様になっており、前記レンズユニット９はＦナンバーが大きく、単レンズでも無収差とすることができる。

尚、前記撮像素子３、前記レンズユニット９、前記非球面レンズ１３、前記絞り孔１５は、前記カメラ本体２の光軸１６上に位置している。

前記中間鏡筒部６の下端には、防護板取付具２５が設けられ、該防護板取付具２５に防護板２４が取付けられる。該防護板２４は前記絞り部材１４に対して平行であり、該絞り部材１４との間に所要の間隙が形成される様になっている。前記防護板２４には、前記絞り孔１５と同心の透孔２６が穿設され、該透孔２６は前記絞り孔１５に対して大きく、該絞り孔１５と前記透孔２６とは撮影に要求される画角αを満足する様に設定されている。

前記防護板取付具２５には、シールドエア２８を噴出するエアノズル２９ａが設けられ、該エアノズル２９ａの先端は前記絞り孔１５に近接し、且つ前記エアノズル２９ａの軸心は、前記光軸１６と直交する様になっている。前記エアノズル２９ａには前記中間鏡筒部６に沿って設けられたエア供給管２９が接続され、該エア供給管２９は図示しないエア供給源に接続されている。

図２中、１８は測定対象物１７，１７が突合わされた開先を示している。又、図２中、１９は溶接トーチを示しており、該溶接トーチ１９から前記開先１８にフィラーメタル２１を供給し、溶融させることで、前記測定対象物１７，１７の溶接が行われる様になっている。

該測定対象物１７から放射された光線は、前記絞り孔１５を通過した後、前記非球面レンズ１３により平行化され、前記レンズユニット９に偏向されて前記撮像素子３上に投影され、該撮像素子３上に測定対象物像が形成される。尚、前記絞り部材１４、前記防護板２４、前記エアノズル２９ａ等により前記レンズ保護部１０が構成される。

又、前記防護板２４は、前記小鏡筒部７の下端の全面を覆っており、又前記光軸１６と直交し、前記透孔２６は前記光軸１６上に位置している。

前記エアノズル２９ａは、前記防護板２４の面に沿って前記小鏡筒部７の下端と前記防護板２４との間に前記シールドエア２８を噴出する様になっており、該シールドエア２８が前記絞り孔１５の前方を横切る様になっている。

前記中間鏡筒部６、前記小鏡筒部７内には冷却流路３１が形成され、該冷却流路３１内を冷却水が流通しており、前記レンズユニット９、前記非球面レンズ１３、前記第１反射鏡２２、前記第２反射鏡２３等の光学系を前記基端鏡筒部５、前記中間鏡筒部６、前記小鏡筒部７を介して水冷可能となっている。

更に、前記小鏡筒部７には、該小鏡筒部７の側面から下面迄を所要の間隙を隔てて覆う略Ｌ字状の衝突防止カバー３２が設けられ、前記撮像装置１を過剰に移動させた際に、前記小鏡筒部７が前記測定対象物１７等に直接接触しない様になっている。

溶接部２７からの光線（熱放射線）は、前記透孔２６、前記絞り孔１５を通過し、前記非球面レンズ１３により平行光束とされ、前記第２反射鏡２３に偏向される。更に、該平行光束は、前記レンズユニット９により収束され、前記第１反射鏡２２に偏向された後、前記撮像素子３に投影され、該撮像素子３上に前記溶接部２７の像が形成されることで、該溶接部２７の画像が取得される。

尚、前記レンズユニット９は、前記中間鏡筒部６内を軸心方向に摺動可能となっているので、前記レンズユニット９を摺動させることで、前記溶接部２７の像の結像位置を調整できる。

この時、前記中間鏡筒部６は前記溶接トーチ１９と同様鉛直であり、又前記第１反射鏡２２により鉛直下方に偏向された前記光軸１６を前記溶接部２７に向って偏向させているので、更に前記撮像装置１が前記溶接トーチ１９から離反する方向に偏向させた前記光軸１６上に設けられているので、前記導光部４を前記溶接トーチ１９に接近させて配設可能となり、狭隘な前記開先１８の内部の画像を取得することができる。

又、前記小鏡筒部７下端の全面が前記防護板２４により覆われているので、更に前記絞り部材１４により前記非球面レンズ１３の前面が覆われているので、前記溶接部２７より飛散したスパッタの大部分が前記防護板２４により遮られ、前記透孔２６を通過するスパッタは僅かとなる。従って、スパッタが前記小鏡筒部７内部の前記非球面レンズ１３に付着するのを防止することができる。

又、前記エアノズル２９ａが前記小鏡筒部７の下端と前記防護板２４との間に設けられ、前記エアノズル２９ａより前記小鏡筒部７の下端と前記防護板２４との間に前記シールドエア２８が噴出される。該シールドエア２８は前記小鏡筒部７の下端面と前記防護板２４との間に形成された、狭隘で扁平な空間を一方向に流れるので、前記溶接部２７より飛散し、前記透孔２６を通抜けたスパッタは前記シールドエア２８に効果的に吹飛ばされ、前記小鏡筒部７内部の前記非球面レンズ１３にスパッタが付着するのを防止することができる。

又、前記防護板２４は例えば下方に向って前記溶接部２７から離れる方向に傾斜し、前記小鏡筒部７の下端全面を覆っており、前記シールドエア２８は前記防護板２４の面に沿って噴出されるので、前記小鏡筒部７の下端面と前記防護板２４との間の空間から吹出した前記シールドエア２８は前記溶接部２７から離反する方向に流れる。この為、前記シールドエア２８が前記溶接部２７に影響を及ぼすことがない。更に、前記シールドエア２８の噴出量を増大させることも可能であり、前記小鏡筒部７内部の前記非球面レンズ１３へのスパッタの付着防止効果をより高めることができる。

更に、前記非球面レンズ１３を前記溶接部２７に接近させることができるので、前記非球面レンズ１３の画角は小さくてよく、前記絞り孔１５の径は、例えば１ｍｍ以下とすることができる。又、前記シールドエア２８は前記絞り孔１５内部へのスパッタの侵入を防止できればよいので、前記シールドエア２８の流路径を小さくすることができ、該シールドエア２８の流量を低減させることができる。

尚、前記光軸１６の光路中に透過波長を制限する波長フィルタを設けてもよい。該波長フィルタを設けることで、色収差を考慮する必要がなくなり、前記撮像装置１の光学系を簡易化することができる。

又、照明光照射手段を別途設け、前記光軸１６上に照明光を照射してもよい。該照明光を照射することで、撮像の際に前記溶接部２７からの光線の光量が不足した場合でも鮮明な画像を取得することができる。

更に、前記非球面レンズ１３へのスパッタの付着を防止する為、前記非球面レンズ１３と前記絞り部材１４との間に保護ガラスを設けてもよい。

次に、図３に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図３中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、中間鏡筒部６に補助エア供給口３３が設けられ、該補助エア供給口３３は補助エア供給源（図示せず）に接続されている。該補助エア供給口３３より前記中間鏡筒部６内に補助エア３４が供給され、内部が正圧に維持される。又、該補助エア３４は、前記中間鏡筒部６内を流通し、絞り孔１５より外部へと放出される。

溶接時に於いて、エアノズル２９ａよりシールドエア２８を噴出させることで、溶接部２７より飛散したスパッタを遮り、スパッタの非球面レンズ１３への付着を防止できるが、前記シールドエア２８の噴出により、前記小鏡筒部７の下端と防護板２４との間が負圧となり、前記溶接部２７から生じたヒュームが前記小鏡筒部７の下端と前記防護板２４との間に流込む虞れがある。

第２の実施例では、前記補助エア供給口３３より前記中間鏡筒部６の内部に前記補助エア３４を供給し、前記絞り孔１５より放出する構成となっているので、前記中間鏡筒部６の内部は正圧となり、前記小鏡筒部７の下端と前記防護板２４との間に流込んだヒュームが前記絞り孔１５より侵入し、前記非球面レンズ１３に付着するのを防止することができる。

尚、第１の実施例、第２の実施例に於いては、撮像装置１により狭隘な開先１８の前記溶接部２７の画像を撮像する場合について説明したが、前記撮像装置１は、炉内等の高温で前記非球面レンズ１３に汚れが付着し易い環境にも適用可能であるのは言う迄もない。

上記した第１の実施例、第２の実施例では、導光部４が屈曲した光軸を形成したが、図４に示す第３の実施例では、直線の光軸１６を形成している。尚、図４中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

上記した様に、前記導光部４は、前記撮像装置１の設置条件に対応して適宜前記光軸１６を変更することができ、高温の狭隘部でスパッタや粉塵がレンズに付着し易い環境等、用途に合わせて適用することができる。

１撮像装置２カメラ本体
４導光部５基端鏡筒部
６中間鏡筒部７小鏡筒部
９レンズユニット１３非球面レンズ
１５絞り孔１６光軸
２２第１反射鏡２３第２反射鏡
２４防護板２６透孔
２７溶接部２８シールドエア
２９エア供給管３３補助エア供給口
３４補助エア

Claims

測定対象物の溶接部を撮像するカメラと、該カメラに接続され、該カメラの光軸を前記溶接部に導く導光部と、該導光部の先端と対向して設けられたレンズ保護部とを有し、該レンズ保護部は前記導光部先端の全面を覆い前記光軸上に透孔を有する防護板と、前記導光部の先端と前記防護板との間にエアを噴出するエアノズルとを具備し、前記エアは前記防護板の面に沿って噴出され、前記導光部の先端に絞り部材が設けられ、該絞り部材は前記光軸上に位置し、前記透孔と同心であり、該透孔より小径の絞り孔が形成されたことを特徴とする撮像装置。
前記防護板は、下方に向って前記溶接部から離反する方向に傾斜する請求項１の撮像装置。
前記導光部の内部に補助エアを供給し、内部を正圧にする補助エア供給口を更に具備する請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。