JPH0413069B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アーク溶接、特に重ね継手溶接、隅
肉継手溶接及び突合わせ継手溶接において、溶接
アーク光を直視し、その形状のパターンを解析す
ることにより溶接線を特異点、すなわち溶接終了
点、外回りコーナー点又は内回りコーナー点を検
出する方法に関する。

〔従来の技術〕

アーク溶接では、溶融池、通電チツプ、ワイ
ヤ、溶接開先等を含む溶接部分を工業用テレビカ
メラ（ITV）で撮像し、これによつて得た画像
を解析することにより、溶接位置、溶接条件等を
制御する方法が古くから知られている。

ところが、アーク光は、周囲（例えば溶融池）
の明るさに比べて強烈であり、しかも赤外線及び
紫外線を多量に含んでいるため、溶接部分を検出
することには困難な問題点が多い。

そこで、従来は、次のような解決策を講じてい
た。

すなわち、その一つは、撮像装置又は光学フイ
ルタに工夫を加える方法である。例えば、特開昭
51−72938号公報では、赤外線、熱線、色、光量
を制限する各フイルタを設けるとともに、テレビ
カメラにシリコンビジコン撮像管を使用して、溶
接部からの輻射線を可視光領域及び近赤外線領域
でのみ通過させるようにしている。また、特開昭
59−212172号公報では、赤外線のみを通すフイル
タを介して赤外線テレビカメラで撮像している。
更に、特開昭58−159980号公報では、撮像装置と
してCCD（固体イメージセンサ）を用いることに
より、フイルタを不要にしている。

アーク光による影響を解決する他の方法は、工
業用テレビカメラに高速シヤツタを設ける方法で
ある。例えば、特開昭58−7776号公報では、アー
クの短絡時にアークが消滅する機会を捉えて、短
絡時のみシヤツタを開けるようにしている。ま
た、特開昭59−202178号公報では、パルス溶接に
おいて、ベース電流時期のアーク光が減衰したと
きだけシヤツタを開けるようにしている。

溶接部をアーク光と区別して撮像する方法とし
ては、撮像のための光源を設ける方法がある。例
えば、特開昭55−42185号公報では、アーク光等
の外乱光のスペクトル分布と異なる光源を設け、
外乱光の光量が前期光源の光量に比較して小さく
なる波長帯を検出波長としている。また、特開昭
59−191574号公報では、溶接トーチの走行方向前
方に光を投射して、溶接開光の像を陰影で区画し
た輪郭で表すための光源を設けている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べた各種の従来例において共通している
ことは、撮像したい目的物は、例えば溶融池等の
溶接部分であり、アーク光はそれを邪魔する外乱
光であるので、撮像したい映像とアーク光との分
離、除去を行おうとするものであると言える。

しかしながら、アーク光の強度は強烈であり、
しかもその波長もほぼ全域にわたるものであるか
ら、完全な除去は困難で、装置も複雑且つ高価と
ならざるを得ない。また、除去できたとしても、
一般の工業用テレビカメラを使用して画像を取り
込むのは非常に困難である。そして、取り込んだ
画像、例えば溶融池の画像解析より、溶接終了点
あるいはコーナー部を検出しようとしても、検出
には複雑は解析を行わなければならない。特に、
溶接トーチが終了点又はコーナー点に到達したの
か、あるいは位置ずれを起こしたのかの区別を行
わなければならない。

また、レーザー光等の外部光源を使用したセン
サーでは、現在、線の情報（スリツト光）で溶接
開先の段差を検出する方法がほとんどであるた
め、溶接終了点、コーナー点の検出を安定して行
うことができない。レーザー光方式やワイヤ接触
方式では、溶接による熱ひずみ等による誤差が検
出できない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされもの
であり、レーザ等の外部光源を必要とせず、また
アーク光の分離、除去のための特殊な装置を用い
ず、一般的な工業用テレビカメラで可視光領域の
アーク光を検出して、そのアーク光のパターン解
析を行うことにより、重ね継手溶接、隅肉継手溶
接の溶接終了点及び内回り、外回りコーナー点と
いつた特異点を検出して、これらの特異点を持つ
複雑な溶接線の追従や方向の転換、終了点で溶接
を正確に終了させるという高度なセンシングを行
うことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明の溶接線にお
ける特異点検出方法は、溶接開先位置を検出しな
がら該溶接開先位置に沿うアーク溶接を行うに際
し、被溶接部材の継手部分の上方からアーク光の
形状を撮像装置によつて撮像し、この撮像された
アーク光形状を２値化し、当該アーク光形状が溶
接方向に沿う長軸を有するほぼ長円形状のパター
ンから変形したときに、その変形したパターンが
溶接線におけるどの特異点の特徴を有するかを解
析することにより、溶接線における特異点を検出
することを特徴とする。

本発明者らは、先ず、重ね継手溶接の場合に、
溶接継手部分の上方にテレビカメラを設置して溶
接状況を撮像するという単純な実験を繰り返し行
つたところ、強烈なアーク光のため、テレビ画像
では、そのアーク光の輪郭しか識別できなかつ
た。ところが、溶接線には継手の段差があるた
め、ビードによつて埋められていないトーチ前方
の溶接線では、アーク自体にも段差が生じ、それ
がアーク光撮像形状の輪郭の一部に特徴ある形状
を呈することを見出した。

さらに、本発明者らは、この現象が、隅肉継手
溶接、突合せ継手溶接の場合にも生じることを確
認した。

本発明は、以上の知見に基づくもので、従来は
外乱光として除去すべきものと考えられていたア
ーク光自体に注目し、継手部分において、そのア
ーク光を上方から見た形状を撮像し、その形状を
解析して溶接線における特異点を求める。これに
より、外回りコーナー点、内回りコーナー点、終
了点といつた溶接線における特異点を持つ複雑な
溶接線の追従や方向の転換、終了点で溶接を正確
に終了させるという高度なセンシングを行うこと
ができる。

〔作用〕

本発明においては、第１図に示すように、継手
上にテレビカメラ等の撮像装置１を設定する。ア
ーク３は、ワイヤ６の先端よりほぼ円錐状に放射
されるが、溶接線７には段差があるため、ビード
によつて埋められていないトーチ前方の溶接線で
は、アーク３の段差が生じる。これを継手上のの
撮像装置１で撮像すると、アーク３の段差部が特
徴部Ｅとして検出できる。第２図は溶接線７に沿
つてアークが外れた状態のアーク形状をそれぞれ
示している。すわなち、第２図ではアークの形状
は溶接線７に沿う方向に先端が伸びた特徴部Ｅを
有するためほぼ長円形状を呈している。第３図は
溶接線からアークが外れたため特徴部Ｅが消失し
て溶接線に沿う長円形状ではなくなる。

また、第４図に示すように溶接終了点にさしか
かると、溶接終了点８にさしかかつたアーク前方
ではアーク光を遮つていた壁がなくなるため、ア
ークはワークの壁を回り込む方向に伸びる。この
アーク前方のみにアークが伸びた特徴部を検出す
ることにより、溶接終了点を検出することができ
る。

また、第５図に示すように継手の外回りコーナ
ー点９にさしかかると、アーク前方においてはア
ーク光を遮つていた壁が直角に曲がるので、アー
クは、円の一部を直角に切り取つたような形状と
なる。これにより、外回りコーナー点を検出する
ことができる。

なお、第４図と第５図のアーク形状はほとんど
見分けがつかないが、その溶接線の終点が溶接の
終了点であるか更にそこから溶接を続行する外回
りコーナー点であるかは、予め溶接制御のプログ
ラムで設定されているので、その区別は明瞭にで
きる。

更に、第６図に示すように継手の内回りコーナ
ー点にさしかかると、アーク前方において、広が
つていたアーク光がワークの前方壁によつて遮ら
れるために、前方及び側方が鈍つた形状となる。
これにより、内回りコーナー点を検出することが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明
する。

第１図は、重ね継手溶接の例であり、１はトー
チ、２はワイヤ、３は撮像装置、４及び５は被溶
接部材、６はアーク光である。なお、トーチ１
は、アークを飛ばしながら進行方向（図面の奥へ
向かう方向）に移動しているものとする。

このとき、撮像装置３で撮像された映像を、ア
ーク部が「白」、その他が「黒（斜線部）」という
ように２値化したものが第２図である。

撮像装置３は、CCDカメラ等から構成され、
それで撮像された画像は、検出制御装置へ送ら
れ、ロボツト制御装置の開始指令により画像処理
されるとともに、CRT表示装置にも送られて表
示される。

溶接に先立つて、まず溶接線を検出する（第１
図１０１）。これは、撮像装置３で撮像した画像
から検出される。第１図ａは、その画像であり、
溶接線３１、ワイヤ３２、ワイヤーの影３３及び
トーチ３４が映つている。溶接線３１は、２つの
被溶接部材が接触する線のことである。

次に、溶接線の画面上（画面に設定された座標
上）の位置を記憶する（第１図１０２）。

また、溶接線を基準とするウインドウ（画像処
理すべき画像の領域）を設定する（第１図１０
３）。

このウインドウは、第１図ｂに示すように、溶
接線をＹ軸とし、特異な形状を呈する個所が含ま
れるように設定する。

以上が、予め行われておくべき処理である。

さて、ロボツト制御装置２２が溶接開始指令を
発すると、検出制御装置２３は画像データを取り
込む（第１図１０４）。

次に、撮像画像をビデオRAM上にラツチし
て、アーク光部を白、その他を黒とする２値化を
行う（第１図１０５）。

次に、ウインドウに対し、左上から水平にスキ
ヤンニングを行い、２値化レベルの変化を検出す
る（第１図１０６）。

溶接終了点及び外回りコーナー点を峻別する方
法としては、第４図及び第５図に示すように、２
値化アークパターンの変曲点Ａを検出する方法、
変曲点Ｂを検出する方法、変曲点Ｃを検出する方
法又は伸びたアーク光の距離ｌを検出する方法等
がある。

また、内回りコーナー点を峻別する方法として
は、第２図における特徴部Ｅ部が消失したことに
より検出する方法、第６図の特徴部Ｆ部又はＧ部
より検出する方法、あるいはアーク光の縦の距離
ｅと横の距離ｄ及びそれらの比より検出する方法
等がある。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、ア
ーク光自体を溶接線における特異点を検出する対
象とし、アーク光の形状を解析することにより特
異点を検出することとしている。これにより、外
回りコーナー点、内回りコーナー点、終了点とい
つた溶接線における特異点を持つ複雑な溶接線の
追従や方向の転換、終了点で溶接を正確に終了さ
せるという高度なセンシングを行うことができ
る。アーク光自体を検出するので、レーザ等の高
価な外部光源を必要とせず、構成が極めて簡素化
される。また、アーク光はそれ自体が強烈な光源
であるので、他の外乱光に影響されにくく、特別
なカツトオフフイルタ、バンドパスフイルタ等を
要せず、光量を減じるための溶接用フイルタ等を
使用するのみでよい。また、アーク光を外乱光と
みなす方式に用いるパルス溶接のベース電流時
や、短絡アーク状態の短絡時のような同期をとる
シヤツター等を必要としない。これにより、溶接
機、ワイヤの種類、溶接条件等の制約を受けな
い。

アーク光の特別な波長を必要としないため、テ
レビカメラの仕様の制約を受けず、一般のCCD
カメラ（感度が300〜1000nｍの可視光領域）を
用いることが可能となる。更に、アーク光のパタ
ーン解析に基づくものであるため、１mm以下の薄
板重ね継手溶接での検出も可能となる。

なお、アーク光の直径は約５mmであり、従来は
このような微小な画像に着目しようとした例は無
く、当然このような特異な形状を呈していること
は全く知られていなかつた。

本発明は、このようにアーク光の撮像画像が溶
接線に対し特定の関係を有する形状を呈すること
に着目して、溶接線における特異点を求めるとい
う画期的な発明ということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第
２図〜第６図はそれぞれアーク光の２値化パター
ン形状を示し、第２図は溶接線上にアークがある
場合、第３図は溶接線から外れた場合、第４図は
溶接終了点にアークがある場合、第５図は外回り
コーナー点にアークがある場合、第６図は内回り
コーナー点にアークがある場合をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接開先位置を検出しながら該溶接開先位置
   に沿うアーク溶接を行うに際し、被溶接部材の継
   手部分の上方からアーク光の形状を撮像装置によ
   つて撮像し、この撮像されたアーク光形状を２値
   化し、当該アーク光形状が溶接方向に沿う長軸を
   有するほぼ長円形状のパターンから変形したとき
   に、その変形したパターンが溶接線におけるどの
   特異点の特徴を有するかを解析することにより、
   溶接線における特異点を検出することを特徴とす
   る溶接線における特異点検出方法。 ２ 撮像装置を溶接トーチと一体構造とし、溶接
   トーチの移動に撮像装置の視点を追従させて撮像
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の溶接線における特異点検出方法。