JPH0465750B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、開先線上に存在する仮付けビード
や全周溶接の終端ビード（以下、両者を併て単に
「ビード」という）を検出するビード検出装置に
かかるものであり、特に、開先ならいや溶接条件
制御などを自動的に行う全自動溶接ロボツトなど
に好適なビード検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の溶接装置としては、例えば第６図に示す
ものがある。この例は、特開昭61−154771号公報
に開示されているものである。

第６図において、被溶接材１００の開先面１０
２のうち、溶接トーチ１０４の進行方向前方は、
光学系１０６によつて線状に照明されるようにな
つている。

また、溶接トーチ１０４の前方には、CCDな
どで構成された二次元位置検出器１０８が配置さ
れている。この位置検出器１０８の光入射側に
は、干渉フイルタ１１０、減光フイルタ１１２が
各々配置されている。

位置検出器１０８の光軸は、開先面１０２上の
アーク点Ｐと、光学系１０６から出力された照明
光の開先面１０２上での反射面との中間部分に向
けられている。すなわち、アーク光と、照明反射
光とが各々位置検出器１０８に入射するようにな
つている。

次に、以上のような従来装置の作用について説
明する。まず、アーク点Ｐからのアーク光は、減
光フイルタ１１２、干渉フイルタ１１０を各々介
して位置検出器１０８に入射する。また、光学系
１０６の照明光の開先面１０２からの反射光は、
干渉フイルタ１１０を介して位置検出器１０８に
入射する。

すなわち、位置検出器１０８では、アーク画像
と、開先面画像とが各々観察されることとなる。

これらのうち、まず開先面画像の観察によつ
て、溶接線の検出が行われる。また、アーク画像
の観察によつて、溶接中のワイヤの曲り具合や突
出量が検出される。

これらの情報に基いて、溶接条件の制御や溶接
トーチの溶接線倣い制御が行われる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、一般にアーク溶接を行う場合にはい
わゆる仮付けビードが開先線上に存在し、また、
全周溶接のような場合には開先線が閉じているた
め、溶接終端位置にはすでに溶接した溶接ビード
が存在する。

かかる部分では、ビード高さを良好に制御する
ため、溶接条件を適宜制御したり、溶接の停止、
中止を行う必要がある。

このためには、ビードを良好に検出する必要が
あるが、上述した従来の装置においては、照明用
の光源を必要とするため、装置構成や調整が複雑
になるという不都合がある。

また、かかる照明用光源から出力された照明光
に、溶接によるアーク光が混在するおそれがあ
り、結果的に照明が不均一となつて、ビード検出
を良好に行うことができないという不都合もあ
る。この発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、特別な照明用光源を必要とすることな
く、アーク光による悪影響を良好に防止して精度
の高いビード検出を行うことができるビード検出
装置を提供することをその目的とするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、前記開先の画像を、前記溶接アー
クを照明光として撮像する撮像手段と；この手段
によつて撮像された画像の各画素の輝度データ情
報を各々格納するための二次元記憶手段と；この
手段に対してデータを格納するとともに、前記撮
像手段の撮像領域のうち、そのコントラストがビ
ードの有無によつて変化する少なくとも２つの撮
像領域に含まれる画素の輝度データを該二次元記
憶手段から読み出す入出力制御手段と；この手段
によつて読み出された輝度データに対し、各撮像
領域毎に積分処理を行う積分手段と；各撮像領域
の積分値を比較することによつて、開先に存在す
るビードを検出する検出手段とを備えたことを特
徴とするものである。

［作用］ この発明によれば、開先画像を得るための照明
光としてアーク光が利用され、格別の照明手段は
使用されない。

しかし、アーク光は不安定であるため、撮像さ
れた開先画像の画素情報に対して、積分処理が行
われる。

この積分処理は、そのコントラストがビードの
有無によつて変化する少なくとも２つの撮像領域
の画素の輝度データに対して各々行われる。

ビードの存在の有無は、かかる各撮像領域の積
分値を比較することによつて行われる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を、添付図面を参照し
ながら詳細に説明する。

実施例の構成 第１図には、この発明にかかるビード検出装置
の一実施例の全体構成が示されている。

この図において、溶接トーチ１０の進行方向に
は、CCDカメラなどの二次元撮像装置１２が配
置されている。この撮像装置１２の光入射側に
は、減光フイルタなどのフイルタ１４が、必要に
応じて設けられるようになつている。

この撮像装置１２は、溶接トーチ１０直下の溶
融池前方の位置、例えば10〜30mmの位置の被溶接
母材１６の開先１８ないし開先面２０を撮像でき
るようにその配置が設定されている。これは、撮
像装置１２による開先付近の画像情報に基いてビ
ードを検出し、これによつて溶接トーチ１０にお
ける溶接条件の変更、溶接の停止等を良好に行う
ことができるようにするためである。

また、撮像が行われる場合の照明光はアーク光
であり、格別の照明手段は設けられていない。

次に、上述した溶接トーチ１０と撮像装置１２
との間には、撮像装置１２の撮像領域の方向に向
つて開口するエアーノズル２２が設けられてお
り、これによるエアーの吹き付けによつて溶接時
に発生するヒユームなどを除去することにより、
良好な撮像が行われるようになつている。

次に、上述した撮像装置１２の撮像出力である
画像信号は、信号処理装置２４に入力されるよう
になつている。この信号処理装置２４には、マイ
クロコンピユータ２６、メモリ２８が各々含まれ
ており、これらの動作によつてビードの検出が行
われるようになつている。

次に、信号処理装置２４の処理結果は、溶接制
御装置３０に入力されるように接続されている。
この溶接制御装置３０は、入力されたビード検出
の情報、あるいはの他の開先形状に関する情報を
利用して、溶接トーチ１０における溶接条件、開
先線倣いなどを制御するものである。

次に、上述した信号処理装置２４の作用ブロツ
ク構成について説明する。第２図には、かかる作
用ブロツクの一構成例が示されている。

この図において、撮像装置１２からの画像信号
は、制御部３２に入力されるようになつている。
この制御部３２は、メモリ２８と、演算処理部３
４に各々接続されている。この演算処理部３４
は、カウント回路３６、積分回路３８、比較回路
４０を各々有している。

以上の各構成部分のうち、制御部３２は、入力
される画像信号Ａ／Ｄ変換してメモリ２８に格納
したり、メモリ２８から所定領域のデータを読み
出して演算処理部３４に出力する等の機能を有す
るものである。

次に、メモリ２８は二次元構成となつており、
座標値Ｘ，Ｙを指定することによつて、任意の画
素の輝度ないし光量の大きさを調べることができ
るようになつている。

次に、カウント回路３６は、後述するように、
ビードの検出回数をカウントするためのものであ
る。そして、所定回数のカウントがあると、ビー
ド検出信号が、溶接トーチ１０と撮像装置１２と
の離隔距離に対応する時間分だけ遅延されて制御
部３２から溶接制御装置３０に出力されるように
なつている。このカウント回路３６の目的は、ビ
ード検出エラーを防止しようとするものである。

そして、溶接制御装置３０では、ビード検出信
号の入力があつたときに、該ビード部分における
溶接条件の変更、停止などの制御が行われるよう
になつている。

次に、積分回路３８は、メモリ２８に格納され
た各画素の輝度データのうち、所定の検出領域に
含まれる画素の輝度データを積分（具体的には加
算）する機能を有するものである。

検出領域は、例えば、第３図Ａに示すように設
定される。すなわち、検出領域SDA，SDBは、
一方の溶接母材１６の開先側端部を挟んで対向す
るように、各々設定される。

次に、比較回路４０は、上述した検出領域
SDA，SDBの各積分値の大きさを比較すること
により、ビードの存在を検出するものである。か
かる検出結果は、カウント回路３６に出力される
ようになつている。

以上のように構成された装置の動作の概要を説
明すると、撮像装置１２によつて得られた二次元
画像は、信号処理装置２４に入力され、ここで特
定の検出領域について所定の画像処理が行われ
る。この処理により、溶接線ないし開先線上に存
在するビードの検出が行われる。

この実施例では、アーク光を照明光として用い
るため、撮像装置１２の被写体である開先１８の
照度が一定せず、時々刻々変化する。このため、
画像信号の二値化による処理は行われず、信号に
対して積分などの処理が行われる。

次に、これらの処理によつて検出されたビード
検出信号は、溶接トーチ１０と撮像装置１２との
離隔距離に対応する遅延の後、溶接制御装置３０
に入力される。溶接制御装置３０では、入力され
た情報に基いて、溶接電流、アーク電圧、溶着
量、溶接速度などの溶接制御、あるいは溶接の停
止等が行われる。

実施例の作用 次に、上記実施例の全体的作用について、第４
図のフローチヤートを参照しながら説明する。な
お、同図のフローチヤートに示す動作は、一連の
溶接作業の一部として行われるものである。

まず、撮像装置１２の視野内に開先１８が入る
ように、初期設定が行われる（第４図ステツプ
SA参照）。これにより撮像装置１８では、第３図
Ｂに示す被溶接母材１６の開先１８に対し、同図
Ａに示すような画像が得られるようになる。

すなわち、撮像装置１２によつて撮像された開
先１８の画像信号は、制御部３２によつてＡ／Ｄ
変換され、更にメモリ２８に格納される（ステツ
プSB参照）。

次に、制御部３２では、かかる画像に対して、
第３図Ａに示した検出領域SDA，SDBに各々含
まれる画素の輝度データがメモリ２８から読み出
されて、以後の信号処理が行われる。

まず、ステツプSCに示すように、かかる画素
の輝度データに対して、積分回路３８により加算
による積分が行われる。第３図Ｃには、同図Ａの
線Ｌ方向に並んでいる各画素の輝度データが示さ
れている。この図に示すように、輝度は開先面２
０で高く、その他の部分では低い。しかし、撮像
の照明光として溶接アークを使用しているため、
像の輝度ないしコントラストが安定しない。そこ
で、上述したような積分処理が行われる。

同図Ｄには、以上のようにして求められた検出
領域SDA，SDBの積分値の例が各々示されてい
る。検出領域SDAは、比較的明るい開先面２０
上に設定されているため、積分値は大きい値とな
る。これに対し、検出領域SDBは、比較的暗い
開先１８上に設定されているため、積分値は小さ
い値となる。

すなわち、開先線上にビードが存在しない場合
には、検出領域SDA，SDBの積分値は大きく異
る。

これに対し、第５図Ｂに示すように、開先線上
にビードＢが存在する場合には、該ビードＢと検
出領域SDA，SDBの位置関係が同図Ａに示すよ
うになり、更に、線Ｌ上の画素の輝度が同図Ｃに
示すようになる。

このため、検出領域SDA，SDBの積分値は、
同図Ｄに示すようにいずれも大きな値となる。

すなわち、開先線上にビードＢが存在する場合
には、検出領域SDA，SDBの積分値はほぼ同様
の値となる。

このような積分値の比較が、比較回路４０で行
われる（ステツプSD，SE参照）。その結果、ビ
ード有りと判断されたときは、それがカウント回
路３６に入力され、カウントアツプが行われる
（ステツプSF参照）。

そして、カウント値が「３」になつたときに、
すなわち、３回ビード有りの比較結果が出たとき
に、ビード検出と判断される（ステツプSH参
照）。このように３回のカウントを行つてビード
検出と判断するのは、照明光として溶接アークを
使用しているために生ずる誤検出を防止するため
である。例えば、撮像装置１２による撮像中に、
検出領域を火花が走つたような場合には、ビード
誤検出となる。

そして、かかるビード検出信号は、一度メモリ
２８に格納され、所定の遅延の後、制御部３２か
ら溶接制御装置３０に出力される。

この遅延出力により、仮付けビードの存在を考
慮した溶着高さ一定の溶接条件による制御、ある
いは終端ビードの存在による溶接終了の制御が溶
接制御装置３０によつて行われる。

実施例の効果 以上説明したように、この実施例によれば、以
下のような効果がある。

(1) 撮像画像の所定領域のみを限定して処理する
こととしたので、処理の高速化、安定化を図る
ことができる。

(2) 開先部分の照明光として、溶接アークを利用
しているものの、積分による信号処理、複数回
の検出動作を行つているため、ノズルの影響が
良好に低減されて、精度良くビードの検出を行
うことができる。

(3) 撮像位置と溶接位置との差を考慮してデータ
出力が行われるので、溶接制御がビード位置に
良好に対応することとなる。

他の実施例 なお、この発明は何ら上記実施例に限定される
ものではなく、例えば、上記実施例では、検出領
域を二つ設けたが、基本的には一つの領域の積分
値によつてビード検出は可能である。

また、上記実施例では、ビードありの検出結果
が３回あつたときに、ビード検出と判断すること
としているが、基本的には１回でもよく、複数回
連続して検出された場合にビード検出と判断する
ようにしてもよい。

更に、上記実施例に示した検出領域の組を複
数、例えば両溶接母材１６の開先側端部に対して
各々設けるようにし、一回の画像入力によつて二
箇所でビード検出を行うようにしてもよい。

また、上述した信号処理は、コンピユータを利
用してソフト的に行うことができるが、専用の回
路を構成することによつてハード的に行うように
してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、特別
な照明用光源を必要とすることなく、アーク光に
よる悪影響を良好に防止して精度の高いビード検
出を行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す構成図、
第２図は信号処理部分の作用ブロツクを示す説明
図、第３図は開先線上にビードが存在しない場合
の上記実施例の作用を示す説明図、第４図は上記
実施例の作用を示すフローチヤート、第５図は開
先線上にビードが存在する場合の上記実施例の作
用を示す説明図、第６図は従来の装置例を示す斜
視図である。 １０……溶接トーチ、１２……撮像装置、１６
……母材、１８……開先、２０……開先面、２４
……信号処理装置、２６……マイクロコンピユー
タ、２８……メモリ、３０……溶接制御装置、３
２……制御部、３６……カウント回路、３８……
積分回路、４０……比較回路、SDA，SDB……
検出領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アーク溶接を行なう開先のビードを、該開先
   の画像から求めるビード検出装置において、 前記開先の画像を、前記溶接アークを照明光と
   して撮像する撮像手段と、 この手段によつて撮像された画像の各画素の輝
   度データ情報を各々格納するための二次元記憶手
   段と、 この手段に対してデータを格納するとともに、
   前記撮像手段の撮像領域のうち、そのコントラス
   トがビードの有無によつて変化する少なくとも２
   つの撮像領域に含まれる画素の輝度データを該二
   次元記憶手段から読み出す入出力制御手段と、 この手段によつて読み出された輝度データに対
   し各撮像領域毎に積分処理を行う積分手段と、 各撮像領域の積分値を比較することによつて、
   開先に存在するビードを検出する検出手段とを備
   えたことを特徴とするビード検出装置。