JPH04356367A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像認識手段により溶
接線を識別し、認識された前記溶接線に対して溶接手段
を位置制御することにより溶接をおこなう溶接装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の溶接装置は溶接作業の自
動化を目的として開発されてきている。ここで、画像認
識手段としては、溶接部に対して赤外線カメラを配設し
、このカメラにより溶接線の位置割り出し、溶接手段に
対する位置制御等をおこなって溶接作業を進めるように
構成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を採用すると、近来の溶接作業の高速化等に伴
って、以下に示すような問題が生じることとなっていた
。以下にスパイラル鋼管の例をとって説明する。従来の
溶接装置においては、画像認識手段は入熱状態にある溶
接線部位に対して配設され、この部位から放射される赤
外線を検出しながら溶接手段の位置制御が行われる。 このため、赤外線が放射されていない作業開始時等には
溶接線を自動検出することが不可能であり、この状態に
おいては作業者の手作業にたよらざるを得ない。これは
、溶接作業の高速化に対するデメリットとなっていると
ともに、溶接品質も問題となることがあった。さらに、
溶接開始後においても、溶接部に於ける入熱状態が不安
定であったり、実際の溶接部から検出点間までの伝熱状
態が不安定となると、溶接線の正確な位置検出が行えな
い場合等も生じることがあった。そこで本発明の目的は
、溶接開始時等に自動的に溶接線を検出することが可能
である溶接装置を得るとともに、さらには、この検出を
正確におこなうことが可能な溶接装置を得ることである
。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
のの発明の溶接装置の特徴構成は、画像認識手段が、溶
接線に対して近赤外線を照射する近赤外線照射手段と、
反射してくる前記近赤外線を受波する受信手段と、受信
手段により得られる画像情報より溶接線を識別する画像
処理手段を備えていることである。その作用・効果は次
の通りである。

【０００５】

【作用】つまり、発明の構成を採用すると、近赤外線照
射手段により溶接線に対して近赤外線が照射され、反射
してくる近赤外線が受信手段によって受信される。この
場合、受信手段によって認識される画像は、溶接線に沿
って濃淡のバンド帯となり、これを画像処理手段により
処理することによって溶接線を識別することができる。 この識別は、溶接作業の進行状況に依存することはない
。

【０００６】

【発明の効果】従って、溶接開始時等に自動的に溶接線
を検出することが可能な溶接装置を得られるとともに、
溶接線認識のため、近赤外線光を照射することにより、
外乱光（ア−ク光、蛍光灯等）による誤認識なしに、溶
接線を検出できる。

【０００７】

【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
１には、本願の溶接装置１を使用して、スパイラル鋼管
２の溶接作業をおこなっている状態が示されている。こ
の作業に当たっては、ピンチロール（図外）を経て供給
される鋼板としての帯鋼３が、その側壁部を突き合わせ
るように成形されて（突き合わせ部４の管内面が溶接さ
れる。）、本願の溶接作業位置に送られてき、外周側の
外周溶接部５が溶接される。図１は、この成形を完了し
た状態が示されており、突き合わせ部４（この部位が溶
接線６を形成する。）を渡って配設されている図上右側
の帯鋼３ａと左側の帯鋼３ｂが溶接されるのである。同
図には、溶接のビート方向が矢印Ａで示されている。

【０００８】溶接方法としては、サブマージアーク溶接
法が採用されている。装置構成について以下順次説明す
る。図示するようにビート方向移動テーブル１０には、
二本の溶接トーチ１１が備えられており、この溶接トー
チ１１に溶接ワイヤー１２がそれぞれ供給される。さら
にこれらの溶接トーチ１１（溶接ワイヤー１２）に先行
して、フラックス供給部１３が備えられている。この構
成で、フラックス供給部１３により供給されたフラック
ス１４内において溶接ワイヤー１２と母材間でアークが
発生し、溶接作業がおこなわれる。

【０００９】次に、前述のビート方向移動テーブル１０
と図面右端部に示されている支持コラム１５との間に設
けられている位置決め機構１００の構成について説明す
る。ビート方向移動テーブル１０は手動であるが、これ
が電動の管直角方向移動テーブル１６に取り付けられて
いる。この管直角方向移動テーブル１６に対するビート
方向移動テーブル１０の移動は、第一モータＭ１によっ
ておこなわれる。さらに、管直角方向移動テーブル１６
は、手動の回転装置１７を介して、電動の管軸方向移動
テーブル１８に取り付けられている。この回転装置１７
は、管直角方向移動テーブル１８より先端側の機器を図
１に示す方向Ｂに揺動、引き出すためのものである。さ
らに、回転装置１７より管側の機器が第二モータＭ２に
より図１に示すスパイラル鋼管２の管軸方向Ｚに移動可
能となっている。

【００１０】通常の作業状態においては、スパイラル鋼
管２側が相対回転しながら溶接位置に送られて来るため
、管軸方向移動テーブル１８において、回転装置１７よ
り先端側の機器の管軸方向Ｚにおける位置を、第二モー
タＭ２の回転を制御することにより溶接作業が進められ
る。ここで、溶接をおこなう装置系（溶接トーチ１１、
溶接ワイヤー１２、フラックス供給部１３と位置決め機
構１００）をまとめて溶接手段と称する。

【００１１】以下に、前述の第二モータＭ２の制御機構
について図２に基づいて説明する。図２は、第二モータ
Ｍ２の制御系のシステム図であり、このシステムは、近
赤外線照射手段としての近赤外線ＬＥＤ２０、受信手段
としてのＣＣＤカメラ２１及び画像処理手段としての画
像処理装置２２を備えた画像認識手段としての画像認識
系と、この画像認識系からの制御信号が入力される第二
モータＭ２用のシーケンサ２３とを備え、このシーケン
サ２３により第二モータＭ２が駆動される。さらに、こ
の画像認識系には、画像の状態を表示するためのモニタ
ー用ＴＶ２４が備えられている。

【００１２】図１に示されているように、前述の近赤外
線ＬＥＤ２０、ＣＣＤカメラ２１は、ビート方向移動テ
ーブル１０の基部に設けられている支持スタンド２５に
固定取り付けされている。そして、図３にも示されてい
るように、前記近赤外線ＬＥＤ２０は、溶接線６の方向
に対してほぼ直角且つ、帯鋼３の肉厚方向に対して斜め
方向に近赤外線を照射するとともに、前記ＣＣＤカメラ
２１は、帯鋼３の肉厚方向に対して直角な認識面を備え
て配設されている。

【００１３】さらに、図２に示すようにＣＣＤカメラ２
１には、可視光カットフィルター２６が取り付けられて
いる。前述の画像処理装置２２からシーケンサ２３への
信号は、５０ｍｓのパルス信号とされ、この信号入力に
より、第二モータＭ２の入り、切り駆動が行われる。こ
の構成を採用することにより画像処理不能になった場合
も、移動指令パルスの代わりにペンダント押しボタン入
力信号をシーケンサ２３に送出することにより、従来お
こなわれていた作業者による追従作業への移行が容易に
おこなえる。さらに、第二モータＭ２への移動指令をパ
ルス信号とすることで安価なＡＣ汎用モータで、自動制
御に対応できる。

【００１４】以下さらに詳細に、画像認識系に於ける画
像処理の状況、この画像処理から得られた溶接線６の情
報に従う制御指令の状況について図面に基づいて説明す
る。先ず画像処理の状況について説明する。図３には、
前述の近赤外線ＬＥＤ２０、ＣＣＤカメラ２１及び帯鋼
３における溶接線６の位置関係と、関連したその画像状
態が示されている。図３に示すように、ＣＣＤカメラ２
１により捉えられる画像は、明３０ａ、暗３０ｂ、明３
０ａの帯状のバンドが３層に重なった画像となる。ここ
で、本願においては、近赤外線ＬＥＤ２０が、帯鋼３の
突き合わせ部４に対して斜め方向に照射されているため
、その暗帯３０ｂの下側端線（ただし、上部側から照射
している。）が、溶接線６の位置となる。そこでこの端
線が画像上で認識ラインＬ１として識別される。さらに
、画面上で、認識ラインＬ１の上下方向の位置（座標点
Ｘ）が識別される。後述するように、この座標位置が前
述の第二モータＭ２の管軸方向Ｚの位置制御をおこなう
判断情報となる。また、三角法を利用したレーザ操作法
や光切断法と本発明を比較すると、一回の操作で前者は
一点の認識をするのに対して、後者はラインとして認識
するため、認識精度が高く認識速度も速い。また認識速
度が速いため振動等による微細な変動を認識しても、安
定した制御を行うことができる。

【００１５】以下に、図４、図５に基づいて画像認識系
とこの系により得られた画像の処理状況について説明す
る。最初に作業者は、近赤外線ＬＥＤ２０、ＣＣＤカメ
ラ２１を溶接線６に対して、前述した位置関係に設定す
る（突き合わせ部の断面方向の位置関係は図３（イ）に
示す。）。さらに、ステップ１、２に示すように画像入
力をおこなうとともに、画面上の認識ラインの位置（Ｘ
０　とする。）が確定される。次に、ステップ３〜８に
示す画像処理（ステップ３〜ステップ６）、制御信号出
力処理（ステップ７）、画像出力処理（ステップ８）の
各処理の反復ルーチンに入る。以下に夫々の処理につい
て説明する。画像処理（ステップ３〜ステップ６）は、
新たな画像入力処理に引き続いて、適応二値化処理、水
平方向白個数計測処理、エッジ検出処理を含んでいる。 ここで、最適二値化処理においては、スレッシュレベル
を変化させることにより、例えばビート光の侵入等によ
る問題に対しても対応することが可能となっている。さ
らに、エッジ検出処理においては、以前認識したライン
を中心に、照明があたっている方（図３における上方向
）から走査して、黒から白に変わる所を新しい認識ライ
ンＬ１とするものである。このようにして、画面上にお
いて、新たな認識ラインの位置（Ｘｉ　とする。）が確
定する（図３（ロ）参照）。上記画像処理過程において
は、リアルタイム処理（３０回／秒）を実現するために
、ハードウェア処理を採用している。このハードウェア
は二値化のためのスレッシュホールドレベルを自動的に
最適な値にするためのレジスター類やカウンター類と、
水平同期信号ごとに白の画素数を送出するためのカウン
ター類等を備えている。

【００１６】次に、制御信号出力処理（ステップ７）に
ついて、図５に基づいて説明する。この処理は、認識し
たラインが正常位置からどちらの方向にずれているかを
認識して制御信号を出力するルーチンである。前述のよ
うに新たな認識ラインの位置がＸｉ　として認識される
と、この値Ｘｉ　が正常位置である元画像の位置Ｘ０　
と比較される。この比較はステップ７２に示すように、
互いの座標位置の差の絶対値が一定の基準値に比較して
大きい場合に、制御信号出力側のルーチン（図５に於け
るステップ７３に至るルーチン）に入るように構成され
ている。上記以外の場合は、制御信号を出力せずに、ス
テップ８のルーチンへ進むこととなる。さて、ステップ
７３においては、ＸｉとＸ０　の値が直接比較され、そ
の大きさの順に従って、第二モータが左もしくは右へ回
転するパルス信号が出力される。以後画像出力処理であ
る図４に示すステップ８に進み、認識したラインがモニ
タ上で重ねられて、出力される。このようにして、ステ
ップ３〜ステップ８に至るルーチン内において、一度の
制御信号出力により一回の第二モータＭ２による移動が
起こり、この制御が繰替えされる。

【００１７】以下に実施例の実際的な数値を示しておく
。

【００１８】〔別実施例〕上記の実施例においては、バ
ンド層の暗帯３０ｂの下側端線を検出するものとしたが
、これは上側端線を検出するものとすることも可能であ
る。

【００１９】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパイラル鋼管の外周部の溶接作業の状況を示
す図

【図２】第二モータの制御系のシステム図

【図３】画像
認識系の溶接面に対する配置構成と対応する画像の状態
を示す図

【図４】溶接装置に於ける処理アルゴリズムを示す図

【
図５】制御信号出力処理のアルゴリズムを示す図

【符号の説明】

６　　　　溶接線 ２０　　近赤外線照射手段 ２１　　受信手段 ２２　　画像処理手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像認識手段により溶接線（６）を識
   別し、認識された前記溶接線（６）に対して溶接手段を
   位置制御することにより溶接をおこなう溶接装置であっ
   て、前記画像認識手段が、前記溶接線（６）に対して近
   赤外線を照射する近赤外線照射手段（２０）と、反射し
   てくる前記近赤外線を受波する受信手段（２１）と、前
   記受信手段（２１）により得られる画像情報より前記溶
   接線（６）を識別する画像処理手段（２２）を備えてい
   る溶接装置。