JPH0623548A - Ｔｉｇ溶接のアーク形状検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、１台の単板カラーテレビカメラの青
色成分の画像からアーク光の位置、及び形状を検出する
ことを特徴とする。 【構成】アーク光を撮像するための１台の単板カラーテ
レビカメラ４と、その前面に設置される光学バンドパス
フィルタ３と、単板カラーテレビカメラ４から得られる
画像信号を赤、青、緑の３原色に分解する画像信号デコ
ーダ６と、３原色のうち、青色の成分のみを記憶する画
像メモリ８とを有して、撮像された画像のうち、青色成
分の画像からアーク光の位置、及び形状を検出する構成
としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＴＩＧ溶接の自動化装置
に於けるアーク光の形状計測に適用されるアーク形状検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＩＧ溶接作業は熟練が必要とされる作
業であり、優良な溶接を行なうためには十分な経験を要
する。しかしながら、溶接作業に従事する作業員が年々
不足する傾向にあり、溶接作業の脱技能化、自動化を行
なう必要が出てきた。溶接作業者が優良な溶接を行なう
ためには、溶接状況を監視し、そこから適正な溶接電
流、速度等の調整を行なっている。溶接作業を自動化す
るためには、溶接作業者と同様に、溶接状況を監視する
必要がある。ここで、アーク光の状況も監視対象の１つ
であり、アーク光の位置や、向き、大きさなどを検出す
る必要がある。従来の技術では、このアーク光の状況を
検出するためには、溶接電流や、溶接電圧を計測し、こ
れらの値からアーク光の状況を推定していた。

【０００３】また、他の方法としては、溶接状況をテレ
ビカメラにより撮像し、その画面を操作員が目視にて確
認していたのみであり、アーク光の形状を直接的に計測
する装置は存在しない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術による溶接
電流や、溶接電圧の計測手法では、アーク光本来の形状
が検出できず、アーク光の形状判断に基づく電極位置等
の溶接条件の制御が正確にできず、溶接不良の発生する
可能性があった。また、操作員の目視による確認では、
常に操作員がモニタテレビにて溶接状況を確認する必要
があり、操作員の作業負担の増大を招いていた。更に、
目視確認のため、やはり熟練を要し、自動化は勿論、脱
技能化には至らないという課題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した従来技
術の課題を解決するため、アーク光を撮像するための１
台の単板カラーテレビカメラと、その前面に設置される
光学バンドパスフィルタと、単板カラーテレビカメラか
ら得られる画像信号を赤、青、緑の３原色に分解する画
像信号デコーダと、３原色のうち、青色の成分のみを記
憶する画像メモリとを有して、撮像された画像のうち、
青色成分の画像からアーク光の位置、及び形状を検出す
る構成とした。

【０００６】

【作用】上記構成に於いて、光学バンドパスフィルタは
外部からの外乱光を除き、アーク光の光量を減衰させ、
画質を安定させるためものであり、赤色領域に中心波長
を持つ。

【０００７】溶接状況を撮像するとき、テレビカメラ画
面に光学バンドパスフィルタを用いても、アーク光の強
度が強いため、光学バンドパスフィルタの透過波長以外
の波長域も撮像される。

【０００８】また、アーク光の強度が非常に強いため、
電極が撮像される程度の絞り値では、テレビカメラの撮
像素子上でアーク光により蓄積される電荷が近傍の画素
に漏洩し、赤色の光学バンドパスフィルタを介している
にも拘らず、青色成分や、緑色成分が発生し、アーク光
は白く撮像される。ここで、画像中では、電極や溶融池
は光の強度が比較的弱いため、光学バンドパスフィルタ
で赤色以外の波長成分が遮断され、赤く撮像される。

【０００９】ワイヤ像や、開先像はアーク光の反射光に
よる画像であるため、正反射成分のように強度が比較的
強い部分は、若干白く撮像されるが、直接光に比べて赤
みを帯び、かつ、殆どの領域は強度が弱く、やはり赤く
撮像される。従って、単板カラーテレビカメラでは、ア
ーク光像のみが白く、他の領域は赤いか又は比較的暗く
撮像される。

【００１０】この単板カラーテレビカメラの画像出力を
画像信号デコーダで赤青緑の３原色の成分に分離する
と、青色成分の画像には元の画像で白く撮像されている
領域のみ濃度が高い画像が得られる。青色成分の画像を
画像メモリ取り込み、面積や外接四角形のような特徴量
を検出すれば、正確にアーク光のみの形状抽出が可能に
なる。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。図１は本発明によるアーク光形状計測装置の一実
施例の構成を示すブロック図である。溶接状況は光学バ
ンドパスフィルタ３を介して単板カラーテレビカメラ４
で撮像される。

【００１２】光学バンドパスフィルタ３は、６００〜７
００ｍｍの赤色領域の波長を持ち、赤外線を遮断する特
性を有して、外部からの外乱光の影響を除去するととも
に、アーク光２の光量を、電極１や溶接池がカメラで撮
像できる程度に減光する働きを持つ。

【００１３】溶接状況を撮像するとき、単板カラーテレ
ビカメラ４の前面に光学バンドパスフィルタ３を用いて
も、アーク光２の強度が強いため、光学バンドパスフィ
ルタ３の透過波長域以外の波長域の光も撮像される。ま
た、単板カラーテレビカメラ４の撮像素子は、図３に示
すように、赤検出画素４１と緑検出画素４２、及び、青
検出画素４３が近接して配置されている。

【００１４】このため、アーク光２の強度が非常に強い
と、電極１が撮像される程度の絞り値では、単板カラー
テレビカメラ４の撮像素子上でアーク光２により蓄積さ
れる電荷が近傍の青検出画素４３や、緑検出画素４２に
漏洩し、赤色の光学バンドパスフィルタ３を介している
にも拘らず、青色成分や緑色成分が発生し、アーク光２
は白く撮像される。ここで、画像中では電極１や溶融池
は光の強度が比較的弱いため、光学バンドパスフィルタ
３で赤色以外の波長成分は遮断され、赤く撮像される。

【００１５】ワイヤ像３４や開先像３６は、アーク光２
の反射光による画像であるため、正反射成分のように強
度が比較的強い部分は若干、白く撮像されるが、直接光
に比べて赤みを帯び、即ち、開先像３６青成分や緑成分
が比較的小さく撮像され、かつ正反射領域以外の大部分
の領域は強度が弱く、やはり赤く撮像される。従って、
単板カラーテレビカメラ４では、アーク光像３２のみが
白く、他の領域は赤いか、または、比較的暗く撮像され
る。単板カラーテレビカメラ４の出力する画像信号は画
像信号デコーダ６で赤成分、青成分、及び緑成分に分離
される。分離された画像のうち、青成分の画像のみを、
Ａ／Ｄ変換器７を介して画像メモリ８に書き込む。

【００１６】ここで、単板カラーテレビカメラ４では光
学バンドパスフィルタ３により減光されて、電極１や溶
融池、フィラーワイヤ１５なども明瞭に撮像されている
ため、赤成分の画像を、電極１やフィラーワイヤ１５の
検出に利用したり、緑成分の画像を溶融池の検出に利用
することができる。

【００１７】画像メモリ８に書き込まれた画像は、強力
なアーク光２の光学バンドパスフィルタ３の通過成分
と、赤色画像の漏洩成分により成る画像であり、アーク
光２の真に強力な領域のみが撮像されている。従って、
画像メモリ８から、濃度の大きい領域を検出し、その形
状を検出すれば、それがアーク光２の形状になる。

【００１８】画像メモリ８のデータは二値化回路９によ
り予め設定された閾値と比較され、閾値より大きければ
“Ｈ”に、小さければ“Ｌ”になる二値化画像２１に変
換される。

【００１９】二値化回路９に記憶された二値化画像２１
は、面積計算回路１０、外接四角形計算回路１１、及
び、重心計算回路１２によりそれぞれ面積、外接四角形
の辺の長さ、及び、重心座標が計算される。ここでは、
上記３つの特徴量、即ち、面積、重心位置、外接四角形
をもってアーク光２の形状としている。ここで、二値化
回路９から特徴量を検出する面積計算回路１０、外接四
角形計算回路１１、及び、重心計算回路１２までの回路
構成を図４により説明する。画像メモリ８の画像は１ク
ロックごとに順次読み出される。閾値レジスタ５１には
予め画像を二値化する閾値が設定されている。

【００２０】第１の比較器５２では、画像メモリ８の画
像データを、予め設定された閾値と比較し、閾値より大
きければ“Ｈ”に、小さければ“Ｌ”になる二値化画像
２１に変換する。カウンタ５３では、この“Ｈ”のデー
タの数を計数する。この計数結果が面積ｎになる。

【００２１】ｉ座標カウンタ５４では、画像メモリ８か
ら１つのデータを読み出すごとに「１」ずつ計数され、
画像メモリ８の幅分だけ計数すると、「０」にリセット
される。即ち、読み出しているデータのｉ座標を出力す
る。ｊ座標カウンタ５５では、ｉ座標カウンタ５４がリ
セットされるごとに「１」ずつ計数される。即ち、読み
出しているデータのｊ座標を出力する。

【００２２】第１のゲート５６では、第１の比較器５２
の出力が“Ｈ”のときのみ、即ち、二値化画像が“Ｈ”
のときのみ、ｉ座標カウンタ５４を第１の加算器５８に
入力する。第１の加算器５８の他方の入力には、第１の
ラッチ６０を介して、自らの出力が接続されている。即
ち、第１の加算器５０と第１のラッチ６０で、入力され
るｉ座標カウンタ５４の出力のうち、二値化画像が
“Ｈ”の領域の座標を累積加算する。第１の除算器６２
にて、第１のラッチ６０の出力をカウンタ５３で計測さ
れた面積で除算すれば、重心座標のｉ座標（＝ｉg ）に
なる。

【００２３】同様に、第２のゲート５７、第２の加算器
５９、第２のラッチ６１、及び、第２の除算器６３で
は、ｊ座標カウンタ５５の出力を用いて、重心座標のｊ
座標（＝ｊg ）を検出する。

【００２４】また、第３のゲート６５では、第１の比較
器５２の出力が“Ｈ”のときのｉ座標カウンタ５４の出
力を取り出す。第１の比較器５２の出力が“Ｌ”のとき
は０を出力する。第３のラッチ６４は、最初に０にリセ
ットされている。

【００２５】第２の比較器６６は、第３のラッチ６４
と、第３のゲート６５の出力を比較し、第３のゲート６
５の値の方が大きければ“Ｈ”を出力し、小さければ
“Ｌ”を出力する。

【００２６】第３のラッチ６４は、第２の比較器６６の
出力が“Ｈ”ならば、そのときのｉ座標カウンタ５４の
出力を取り込み、データを更新する。“Ｌ”ならば何も
しない。この動作により、第３のラッチ６４には、二値
化画像２１が“Ｈ”のときのｉ座標の最大値が検出され
る。

【００２７】また逆に、第４のゲート６８では、第１の
比較器５２の出力が“Ｈ”のときのｉ座標カウンタ５４
の出力を取り出す。第１の比較器５２の出力が“Ｌ”の
ときは全てのビットが１（all “１”）である、表現で
きる値の最大値を出力する。第４のラッチ６７は最初に
全てのビットがリセットされる。

【００２８】第３の比較器６９は第４のラッチ６７の出
力と、第４のゲート６８の出力を比較し、第４のゲート
６８の値の方が小さければ“Ｈ”を出力し、大きければ
“Ｌ”を出力する。

【００２９】第４のラッチ６７は、第３の比較器６９の
出力が“Ｈ”ならば、そのときのｉ座標カウンタ５４の
出力を取り込み、データを更新する。“Ｌ”ならば何も
しない。この動作により、第４のラッチ６７には二値化
画像２１が“Ｈ”のときのｉ座標の最小値が検出され
る。第１の減算器７０では、第２の比較器６６からの出
力から、第３の比較器６９の出力を減算する。即ち、二
値化画像２１の“Ｈ”の領域の幅Δｉを検出する。

【００３０】同様に、第５のラッチ７１、第５のゲート
７２、及び第４の比較器７３で、二値化画像２１の
“Ｈ”の領域のｊ座標の最大値が検出され、第６のラッ
チ７４、第６のゲート７５、及び第５の比較器７６で、
ｊ座標の最小値が検出される。この結果、第２の減算器
７７では、“Ｈ”の領域の高さΔｊが検出される。上記
した以外に、その他の公知の回路を用いて、二値化画像
から得られる他の特徴量、例えば周囲長などを用いても
構わない。

【００３１】アーク光２の形状が検出されると、これら
の特徴量を溶接機制御装置１３に入力し、適正な溶接条
件になるように制御されるか、または、異常を検出した
ときに操作員により警告を発する。本発明による処理結
果を図２により説明する。

【００３２】原画像２０は青成分のみの画像であるた
め、アーク光像３２の領域のデータは大きな値を示し、
電極像３１、溶融池像３３、ワイヤ像３４、ワイヤ添加
装置像３５、及び、開先像３６の各領域のデータは小さ
な値になる。

【００３３】このため、注目すべきアーク光像３２とそ
の他の領域のデータの大きさの比が十分大きくなり、原
画像２０を二値化した二値化画像２１では、アーク光像
３２以外の領域は“Ｌ”になり、アーク光像３２の領域
のみが“Ｈ”になる。従って、二値化画像２１から形状
を検出した形状検出結果２２では、正確にアーク光像３
２の面積、外接四角形、及び、重心座標が検出される。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
を実施することにより、アーク光の形状計測が直接的に
安定して、かつ、高精度に実施することができ、アーク
光の形状に基づく溶接機の制御が、操作員の作業負担を
増大することなく実施することができるようになり、Ｔ
ＩＧ溶接を自動化するために、より精度の高い制御が行
なえるようになるので、産業上の利用効果は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るアーク光検出装置の構
成を示すブロック図。

【図２】上記実施例に於けるアーク光検出効果を説明す
るための図。

【図３】上記実施例に於ける単板カラーテレビカメラの
画素配置構成を示す図。

【図４】上記実施例に於ける特徴抽出回路の構成を示す
ブロック図。

【符号の説明】

１…電極、２…アーク光、３…光学バンドパスフィル
タ、４…単板カラーテレビカメラ、６…画像信号デコー
ダ、７…Ａ／Ｄ変換器、８…画像メモリ、９…二値化回
路、１０…面積計算回路、１１…外接四角形計算回路、
１２…重心計算回路、１３…溶接機制御装置、１４…溶
接対象、１５…フィラーワイヤ、１６…ワイヤ添加装
置、２０…原画像、２１…二値化画像、２２…形状検出
結果、３１…電極像、３２…アーク光像、３３…溶融池
像、３４…ワイヤ像、３５…ワイヤ添加装置像、３６…
開先像、４１…赤検出画素、４２…緑検出画素、４３…
青検出画素、５１…閾値レジスタ、５２，６６，６９，
７３，７６…比較器、５３…カウンタ、５４…ｉ座標カ
ウンタ、５５…ｊ座標カウンタ、５６，５７，６５，６
８，７２，７５…ゲート、５８，５９…加算器、６０，
６１，６４，６７，７１，７４…ラッチ、６２，６３…
除算器、７０，７７…減算器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 憲 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＴＩＧ溶接自動化装置に於いて、アーク
   光を撮像するための１台の単板カラーテレビカメラと、
   同カメラの前面に設置される光学バンドパスフィルタ
   と、上記単板カラーテレビカメラから得られる画像信号
   を赤、青、緑の３原色に分解する画像信号デコーダと、
   同デコーダで分解された３原色のうち、青色の成分のみ
   を記憶する画像メモリとを有し、溶接機を制御するため
   に、撮像された画像のうち、青色成分の画像からアーク
   光の位置、及び形状を検出することを特徴とするＴＩＧ
   溶接のアーク形状検出装置。