JPH0649231B2 - Butt weld tracking device - Google Patents

Butt weld tracking device

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JPH0649231B2
JPH0649231B2 JP18753488A JP18753488A JPH0649231B2 JP H0649231 B2 JPH0649231 B2 JP H0649231B2 JP 18753488 A JP18753488 A JP 18753488A JP 18753488 A JP18753488 A JP 18753488A JP H0649231 B2 JPH0649231 B2 JP H0649231B2
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JP
Japan
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torch
butt
tracking device
center line
welding
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JP18753488A
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昭 後藤
和郎 山崎
武 国見
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は円形芯材の被覆材(複合線および銅テープ)
や溶接管等の金属素材の付合せ部を自動追尾して溶接を
行う付合せ溶接部追尾装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a covering material (composite wire and copper tape) for a circular core material.
The present invention relates to an associative welding part tracking device for automatically tracking and associating an associative part of a metal material such as a welded pipe.

<従来の技術> 中厚板、或は薄厚板等の付合せ溶接は、溶接時の熱歪に
より板材が変形しやすい。変形すると、アークのねらい
が狂い、所定の強度が得られず、溶接品質の低下をきた
すことになる。また、円形心材の被覆材の付合せ溶接
は、整形ローラにより被覆材を円形に整形しながら、送
り込むことにより、整形の不具合、心材の曲がり等が生
じ、溶接位置がずれるので、所定の強度を得ることが困
難である。
<Prior Art> In butt welding of a medium-thickness plate or a thin-thickness plate, the plate material is easily deformed due to thermal strain during welding. If it is deformed, the aim of the arc is deviated, the predetermined strength cannot be obtained, and the welding quality is deteriorated. Further, in the butt welding of the covering material of the circular core material, while the shaping material is shaped into a circular shape by the shaping roller and is fed, shaping defects, bending of the core material, etc. occur, and the welding position is displaced, so that the predetermined strength is obtained. Hard to get.

従って、中厚板、或は薄厚板等の付合せ溶接、特に、円
形心材の被覆材や溶接管等を付合せ溶接する場合には、
何等かのセンサーにより付合せ部、即ちアーク線を検出
し、トーチを付合せ部に追尾させる必要がある。
Therefore, when butt-welding medium-thickness plates or thin-thickness plates, etc.
It is necessary to detect the butt section, that is, the arc line, by some kind of sensor, and have the torch track the butt section.

従来からの付合せ部の追尾装置としては、センサを付合
せ部に接触させる方式と、センサを付合せ部に接触させ
ない方式とがある。
As a conventional tracking device for the matching section, there are a method of bringing the sensor into contact with the matching section and a method of not contacting the sensor with the matching section.

接触方式による追尾装置は、付合せ部に円板状のプロ
ーブを接触させて、プローブ位置の変動を計測すること
により、溶接位置を算出し、トーチを追尾させている。
The contact type tracking device calculates the welding position by contacting a disc-shaped probe to the abutting part and measuring the variation of the probe position to track the torch.

非接触方式によるは追尾装置は、レーザビームを利用す
るものと、磁気センサを利用するものとがある。
According to the non-contact method, there are a tracking device that uses a laser beam and a tracking device that uses a magnetic sensor.

レーザビームを利用するものは、レーザビームをスキ
ャニングして付合せ部に照射し、付合せ部からの光点を
受光器で検出し、三角測量法の原理により、光点の位置
を次々と算出し、付合せ部の形状を求め、溶接すべき位
置にトーチを追尾させている。
The one that uses a laser beam scans the laser beam and irradiates it to the matching section, detects the light spots from the matching section with a light receiver, and calculates the positions of the light spots one after another by the principle of triangulation. Then, the shape of the butt portion is obtained, and the torch is tracked to the position to be welded.

磁気センサを利用するものは、磁気センサを付合せ部
に近接させ、アーク溶接時に、非溶接物の内部を流れる
電流によって、生じる漏洩磁気の変化を磁気検出コイル
により検出し、最大磁気の得られる位置にトーチを追尾
させている。
In the case of using a magnetic sensor, the magnetic sensor is brought close to the butt portion, and the change in the leakage magnetism caused by the current flowing inside the non-welded object during arc welding is detected by the magnetic detection coil to obtain the maximum magnetism. The torch is being tracked to the position.

<発明が解決しようとする課題> しかしながら、接触方式のものは、薄厚板がアークに
よりひずみ、付合せ部が変形し、円板状のプローブが付
合せ部から外れ、付合せ溶接部の中心線を連続して計測
することができないという問題があった。。また、プロ
ーブを付合せ部に接触させて使用するので、プローブが
摩耗するという問題がある。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in the contact type, the thin plate is distorted by the arc, the butt portion is deformed, the disc-shaped probe comes off the butt portion, and the center line of the butt welded portion. There was a problem that it was not possible to measure continuously. . In addition, since the probe is used in contact with the butting portion, there is a problem that the probe is worn.

レーザビームを利用するものは、レーザビームに幅が
あり、しかもアーク光がノイズとなり、付合せ溶接部の
中心線を高い精度で、かつ連続して計測することができ
ないという問題がある。さらに詳細に説明すれば、円形
芯材の被覆材付合せ溶接においては、所望の溶接強度を
得るためには、トーチ先端部を溶接位置に対して一定距
離を維持させて追尾させるために、トーチ先端位置、お
よび付合せ中心位置を数10μmオーダの精度で計測す
る必要がある。しかし、レーザビームには幅があるの
で、付合せ部の中心線を数10μmオーダで計測するこ
とができない。また、アーク光は変動が激しいので、受
光器に入射するアーク光のレベルが、レーザビームの受
光レベル以上になる場合がある。この場合には、付合せ
部の中心線を検出することができないので、計測を中断
するという問題がある。
In the case of using a laser beam, there is a problem that the laser beam has a width and the arc light becomes noise, so that the center line of the butt-welded portion cannot be measured with high accuracy and continuously. More specifically, in covering welding of circular core material with covering material, in order to obtain a desired welding strength, in order to keep the torch tip end at a constant distance from the welding position and track the torch, It is necessary to measure the tip position and the alignment center position with accuracy on the order of several tens of μm. However, since the laser beam has a width, it is not possible to measure the center line of the abutting portion on the order of several tens of μm. Further, since the arc light fluctuates greatly, the level of the arc light incident on the light receiver may be higher than the light receiving level of the laser beam. In this case, the center line of the matching portion cannot be detected, which causes a problem of interrupting the measurement.

磁気センサを利用するものは、漏洩磁束が一定の拡が
りを有することから、上述した如く高い精度でトーチ先
端位置、および付合せ中心位置を計測することは不可能
である。
In the case of using a magnetic sensor, since the leakage magnetic flux has a certain spread, it is impossible to measure the torch tip position and the center position of attachment with high accuracy as described above.

この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
トーチ先端位置、および付合せ中心位置を高い精度で、
かつ連続して計測することを可能にする付合せ溶接部追
尾装置を提供することを目的としている。
This invention has been made in view of the above problems,
The torch tip position and the center position of the attachment are highly accurate,
An object of the present invention is to provide a butt welding portion tracking device that enables continuous measurement.

<問題点を解決するための手段> 上記の目的を達成するための、付合せ溶接部の追尾装置
は、付合せ部の周辺およびトーチ先端を撮像する二次元
CCDカメラと、CCDカメラにより撮像された溶接像
の明度値を複数階調のディジタル値に変換するA/D変
換部と、ディジタル変換された明度データに基いてトー
チ先端位置、および付合せ部の中心線とのずれ量を算出
する演算処理部と、演算処理部により算出されたずれ量
に応じてトーチ先端位置を付合せ部の中心線に追尾させ
る追尾制御信号を出力する制御部とを有するものであ
る。
<Means for Solving the Problems> To achieve the above object, a tracking device for a butt welding part is a two-dimensional CCD camera that images the periphery of the butt part and the torch tip and a CCD camera. The amount of deviation between the A / D conversion unit for converting the lightness value of the welded image into a digital value of a plurality of gradations and the torch tip position and the center line of the attachment portion is calculated based on the digitally converted lightness data. It has an arithmetic processing unit and a control unit which outputs a tracking control signal for tracking the torch tip position to the center line of the attaching unit in accordance with the shift amount calculated by the arithmetic processing unit.

但し、演算処理部が、付合せ方向と直交する方向の明度
データの関数を2次微分し、2次微分した関数のピーク
値を付合せ中心位置とするものであってもよい。そし
て、明度データの関数を2次微分する際に、付合せ方向
に明度データを加算し、さらに、重み付き移動平均処理
を行って、溶接光によるノイズを除去するものであるこ
とが好ましい。
However, the arithmetic processing unit may be a second-order derivative of the function of the lightness data in the direction orthogonal to the matching direction, and the peak value of the second-order differentiated function may be the center position of the matching. Then, when the function of the lightness data is secondarily differentiated, it is preferable that the lightness data is added in the fitting direction, and further the weighted moving average processing is performed to remove the noise due to the welding light.

また、演算処理部が、トーチ周辺部を非対称多項式にあ
てはめ、非対称多項式のピーク値をトーチ先端位置とし
て計測するものであってもよい。
Further, the arithmetic processing section may apply the torch peripheral portion to an asymmetric polynomial and measure the peak value of the asymmetric polynomial as the torch tip position.

<作用> 以上の付合せ溶接部追尾装置によれば、整形ローラによ
り、金属素材を付合わせながら送り込むと共に、金属素
材の付合せ部の中心線を検出するセンサをトーチよりも
先行させ、センサからの出力に基いてトーチの先端位置
を所望の溶接位置に追尾させる場合において、二次元C
CDカメラにより、付合せ溶接部の中心線、およびトー
チ先端を撮像することにより、アーク光に比して若干暗
くなる付合せ溶接部の中心線を、明度データとして捕ら
えることができる。また、付合せ溶接部の中心線は、ア
ーク光に対して影となるので、アークの影響があって
も、明度差が必ず生ずる。そして、CCDカメラにより
撮像された溶接像の明度値を複数階調のディジタル値に
変換し、演算処理部が明度データに基いてトーチ先端位
置と、付合せ部の中心線とのずれ量を算出することによ
り、トーチ先端位置と、付合せ部の中心線とを高い精度
で、しかも連続して計測することができる。
<Operation> According to the butt welding portion tracking device described above, the shaping roller feeds the metal materials while attaching them, and the sensor for detecting the center line of the butt portion of the metal materials precedes the torch. When the tip position of the torch is tracked to a desired welding position based on the output of
By imaging the center line of the butt-welding portion and the torch tip with a CD camera, the center line of the butt-welding portion that is slightly darker than the arc light can be captured as brightness data. Further, since the center line of the butt-welded portion is shaded by the arc light, a difference in brightness always occurs even if there is an influence of the arc. Then, the lightness value of the welding image picked up by the CCD camera is converted into digital values of a plurality of gradations, and the arithmetic processing unit calculates the amount of deviation between the torch tip position and the center line of the attachment portion based on the lightness data. By doing so, the torch tip position and the center line of the butting portion can be measured with high accuracy and continuously.

また、上記演算処理部が、付合せ方向と直交する方向の
明度データの関数を2次微分し、2次微分した関数のピ
ーク値を付合せ中心位置とするものである場合には、付
合せ周辺部における明度の非対象変化に殆ど影響される
ことなく、付合せ中心線を検出することができる。
In addition, when the arithmetic processing unit is a second-order derivative of the function of the lightness data in the direction orthogonal to the attachment direction, and the peak value of the second-order differentiated function is used as the attachment center position, the attachment is performed. The fitting centerline can be detected with little influence of asymmetric changes in brightness in the peripheral portion.

そして、演算処理部が、明度データの関数を2次微分す
る際に、付合せ方向に明度データを加算し、さらに、重
み付き移動平均処理を行って、溶接光によるノイズを除
去することにより、付合せ溶接部の中心位置の計測強度
を向上させることができる。
Then, when the arithmetic processing unit performs the second-order differentiation of the function of the lightness data, the lightness data is added in the fitting direction, and further the weighted moving average processing is performed to remove the noise due to the welding light. It is possible to improve the measurement strength of the center position of the butt welded portion.

さらに、演算処理部が、トーチ周辺部を非対称多項式に
あてはめ、非対称多項式のピーク値をトーチ先端位置と
して計測するものである場合には、トーチ先端像の上下
の非対称性による計測誤差を少なくすることができる。
Further, when the arithmetic processing unit applies the torch peripheral portion to the asymmetric polynomial and measures the peak value of the asymmetric polynomial as the torch tip position, reduce the measurement error due to the asymmetry of the torch tip image in the vertical direction. You can

<実施例> 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Example> Hereinafter, detailed description will be given with reference to the accompanying drawings illustrating an example.

第1図はこの発明に係る付合せ溶接部追尾装置の実施例
を示す図であり、第2図は付合せ溶接部追尾装置で撮像
した溶接像を示す図であり、第3図は演算処理部による
付合せ中心位置の検出過程を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a butt welding portion tracking device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a welding image taken by the butt welding portion tracking device, and FIG. 3 is a calculation process. It is a figure for demonstrating the detection process of the matching center position by a part.

付合せ溶接部追尾装置は、断面円形の芯材(1)および銅
テープ(2)を挟持し、芯材(1)を銅テープ(2)を付合せな
がらx方向に送り込む整形ローラ(3)と、整形ローラ(3)
により付け合された銅テープ(2)をTIG溶接方法に基
いて溶接するトーチ(4)と、付合せ位置の周辺部および
トーチ先端を撮像する二次元CCDカメラ(5)と、CC
Dカメラ(5)により撮像された溶接像の明度値を複数階
調のディジタル値に変換するA/D変換部(6)と、ディ
ジタル変換された明度データを格納するイメージデータ
メモリ(7)と、イメージデータメモリ(7)にアクセスして
格納されている明度データを読出し、明度データに基い
てトーチ先端位置と、付合せ部の中心線とのずれ量を所
定のプログラムに基いて算出し、算出されたずれ量に応
じてトーチ先端位置を付合せ部の中心線に追尾させる追
尾制御信号を出力する演算処理装置(8)と、演算処理装
置(8)からの追尾制御信号に応じてトーチ先端を、y方
向、或はy方向と逆方向に動かして付合せ部の中心線上
に位置させる出力インターフェース(9)とを有する。
The butt welding part tracking device holds a core material (1) having a circular cross section and a copper tape (2) and feeds the core material (1) in the x direction while attaching the copper tape (2) to the shaping roller (3). And shaping rollers (3)
A torch (4) for welding the copper tape (2) attached by the method based on the TIG welding method, a two-dimensional CCD camera (5) for imaging the periphery of the attachment position and the tip of the torch, and a CC
An A / D converter (6) for converting the lightness value of the welding image picked up by the D camera (5) into digital values of a plurality of gradations, and an image data memory (7) for storing the lightness data digitally converted. , The image data memory (7) is accessed to read the stored lightness data, the torch tip position based on the lightness data, and the deviation amount between the center line of the butting portion is calculated based on a predetermined program, An arithmetic processing unit (8) that outputs a tracking control signal that causes the torch tip position to track the center line of the matching section according to the calculated displacement amount, and a torch according to the tracking control signal from the arithmetic processing unit (8). It has an output interface (9) for moving the tip in the y direction or in the direction opposite to the y direction to position it on the center line of the fitting portion.

さらに詳細に説明すれば、二次元CCDカメラ(5)は、
減光および絞り機能を備えたレンズ群(51)と、フォトダ
イオードアレイ、水平スイッチ、垂直スイッチ、水平シ
フトレジスタ、垂直シフトレジスタ等を一体構成した2
次元イメージセンサ(52)とを有する。上記2次元イメー
ジセンサ(52)は、フォトダイオードアレイによりレンズ
群(51)を通して得られる溶接像(トーチ先端、付合せ部
等)を明度に応じて電気量に変換して一時格納し、水平
シフトレジスタ、垂直シフトレジスタにより水平スイッ
チ、垂直スイッチを導通させてフォトダイオードアレイ
に格納している溶接像を順次転送するものである。
More specifically, the two-dimensional CCD camera (5) is
A lens group (51) with dimming and diaphragm functions, a photodiode array, a horizontal switch, a vertical switch, a horizontal shift register, a vertical shift register, etc.
A two-dimensional image sensor (52). The two-dimensional image sensor (52) converts the welding image (torch tip, attachment part, etc.) obtained through the lens group (51) by the photodiode array into electric quantity according to the brightness, temporarily stores it, and horizontally shifts it. A register and a vertical shift register electrically connect the horizontal switch and the vertical switch to successively transfer the welding images stored in the photodiode array.

そして、上記CCDカメラ(5)により撮像される溶接像
は、第2図に示されるごとくである。即ち、トーチ(4)
と、アーク光に対して若干暗く現れる付合せ部の中心線
(L)とが撮像される。しかし、この溶接像は、付合せ中
心線(L)における明度の変化輪非常にわずかな状態であ
り、中心線(L)と付合せ周辺部との区別がつきぬくく、
アーク光が強力で、しかも大きく変化しているので、こ
のままでは、付合せ中心位置を確実に検出することは、
困難である。
The welding image taken by the CCD camera (5) is as shown in FIG. That is, the torch (4)
And the center line of the matching part that appears slightly darker than the arc light
(L) and are imaged. However, this welding image is a state in which the change in brightness at the joining center line (L) is very slight, and the distinction between the center line (L) and the joining periphery is unclear,
Since the arc light is powerful and changes greatly, it is not possible to reliably detect the center position of the joint with this condition.
Have difficulty.

尚、A−A′線は、付合せ中心位置を検出する為の基準
線を示し、第3図はAは第2図A−A′線上の明度デー
タをプロットしたものである。また、(L′)は、トーチ
(4)先端の延長線を示す。
The line A-A 'shows a reference line for detecting the center position of the attachment, and FIG. 3A is a plot of the lightness data on the line A-A' in FIG. Also, (L ′) is the torch
(4) Indicates the extension line of the tip.

A/D変換部(6)は、従来公知のものであり、上記CC
Dカメラ(5)から転送される溶接像の明度値(アナログ
データ)を複数階調(具体的には、64階調)のディジ
タル値に変換している。
The A / D conversion unit (6) is a conventionally known one, and the CC
The brightness value (analog data) of the welding image transferred from the D camera (5) is converted into a digital value of a plurality of gradations (specifically, 64 gradations).

イメージデータメモリ(7)は、A/D変換部(6)からのデ
ィジタル値を、画素位置に対応させたアドレスに格納し
ている。
The image data memory (7) stores the digital value from the A / D converter (6) at the address corresponding to the pixel position.

第4図は演算処理装置(8)の機能ブロック図を示し、演
算処理装置(8)は、イメージデータメモリ(7)から読出し
た64階調の明度データ(第3図A参照)を、x方向に
加算し(第3図B参照)、さらに加算されたデータを移
動平均処理して(第3図C参照)アーク光によるノイズ
除去を行うフィルタ部(81)と、フィルタ部(81)によりノ
イズ除去された明度データの関数を2次微分し(第3図
D参照)、2次微分した関数のピーク位置を付合せ部の
中心線(L)として検出する中心線検出部(82)と、イメー
ジデータメモリ(7)に格納されているトーチ先端像の外
周を非対称多項式にあてはめ、その多項式の曲線のピー
ク値よりトーチ先端部の位置を計測するトーチ先端計測
部(83)と、中心線検出部(82)により検出された付合せ部
の中心線(L)とトーチ先端計測部(83)により計測された
トーチ先端の延長線(L′)とのずれ量(D)を算出するず
れ量算出部(84)と、上記ずれ量算出部(84)からのずれ量
(D)を入力として、トーチ先端を、付合せ溶接部の中心
線(L)に位置させるための追尾制御信号を出力する制御
部(85)とを有している。
FIG. 4 shows a functional block diagram of the arithmetic processing unit (8). The arithmetic processing unit (8) reads the brightness data of 64 gradations (see FIG. 3A) read from the image data memory (7) as x By the filter unit (81) that performs noise addition by the arc light by adding in the direction (see FIG. 3B), moving average processing the added data (see FIG. 3C), and by the filter unit (81). A center line detector (82) that second-order differentiates the noise-removed lightness data function (see FIG. 3D) and detects the peak position of the second-order differentiated function as the center line (L) of the matching part. The torch tip measurement unit (83) that fits the outer circumference of the torch tip image stored in the image data memory (7) to an asymmetric polynomial and measures the position of the torch tip from the peak value of the curve of the polynomial, and the center line Center line (L) of the matching part detected by the detection part (82) and torch tip measurement part (83) Shift amount calculating unit that calculates more shift amount between the extension line (L ') of the measured torch tip (D) and (84), the deviation amount from the shift amount calculating section (84)
It has a control section (85) which receives (D) as an input and outputs a tracking control signal for positioning the tip of the torch at the center line (L) of the butt welding section.

尚、移動平均処理は、例えば、平均の中心に近付く毎に
重み付けを大きくする処理方法を採用することが可能で
ある。
It should be noted that the moving average processing can adopt a processing method of increasing the weight each time the center of the average is approached.

出力インターフェース(9)は、パルス発生器(91)、パル
スモータ(92)、およびトーチを連結棒(93)を介してy方
向或はy方向と逆に移動させるトーチ移動テーブル(94)
を具備している。即ち、パルス発生器(91)は、制御部(8
5)からの追尾制御信号に応じてパルスモータ(92)の回転
軸を所定角度回転させる為のパルス信号を生成する。パ
ルスモータ(92)は、所定角度回転してトーチ移動テーブ
ル(94)を駆動する。トーチ移動テーブル(94)は連結棒(9
3)をずれ量(D)に見合った距離だけ±y方向に移動させ
る。
The output interface (9) is a torch moving table (94) that moves the pulse generator (91), the pulse motor (92), and the torch via the connecting rod (93) in the y direction or in the opposite direction.
It is equipped with. That is, the pulse generator (91) includes a control unit (8
A pulse signal for rotating the rotating shaft of the pulse motor (92) by a predetermined angle is generated according to the tracking control signal from 5). The pulse motor (92) rotates a predetermined angle to drive the torch moving table (94). The torch transfer table (94) has a connecting rod (9
Move 3) in the ± y direction by a distance corresponding to the amount of deviation (D).

上記構成の付合せ溶接部追尾装置の動作は以下の通りで
ある。
The operation of the butt welded portion tracking device having the above configuration is as follows.

即ち、整形ローラ(3)は、断面円形の芯材(1)および銅テ
ープ(2)を挟持し、芯材(1)を銅テープ(2)を付合せなが
らx方向に送り込む。
That is, the shaping roller (3) holds the core material (1) having a circular cross section and the copper tape (2), and feeds the core material (1) in the x direction while attaching the copper tape (2).

二次元CCDカメラ(5)のレンズ群(51)は、2次元イメ
ージセンサ(52)が溶接像を検出可能な程度まで、アーク
光を減光すると共に、10μm/画素となるまで拡大し
た後、溶接像を撮像する。そして、2次元イメージセン
サ(52)は、溶接像の明度に対応した電気量(電荷)に変
換し、この電荷を、水平方向(x方向)、垂直方向(y
方向)に分解して順次、A/D変換部(6)に転送する。
即ち、CCDカメラ(5)により、x方向とy方向の二次
元で溶接像を捕らえられているので、従来からの磁気セ
ンサによる計測方法やレーザビームによる計測方法と相
違してトーチ先端位置と付合せ部の中心線(L)とを直接
且つ同時に計測することができる。
The lens group (51) of the two-dimensional CCD camera (5) dims the arc light to the extent that the two-dimensional image sensor (52) can detect the welding image and expands it to 10 μm / pixel, Take a welding image. Then, the two-dimensional image sensor (52) converts the electric quantity (electric charge) corresponding to the brightness of the welding image, and converts the electric charge in the horizontal direction (x direction) and the vertical direction (y).
Direction) and sequentially transfer them to the A / D converter (6).
That is, since the welding image is two-dimensionally captured in the x direction and the y direction by the CCD camera (5), unlike the conventional measuring method using a magnetic sensor or laser beam, the torch tip position is attached. The center line (L) of the mating portion can be measured directly and simultaneously.

A/D変換部(6)は、CCDカメラ(5)により撮像された
溶接像の明度値を複数階調のディジタル値に変換し、イ
メージデータメモリ(7)に出力する。
The A / D converter (6) converts the brightness value of the welding image picked up by the CCD camera (5) into digital values of a plurality of gradations and outputs it to the image data memory (7).

イメージデータメモリ(7)は、ディジタル変換された明
度データを画素に対応したアドレスに格納する。
The image data memory (7) stores the digitally converted lightness data at an address corresponding to a pixel.

演算処理装置(8)は、以下のからの手順により、ト
ーチ先端部と、付合せ溶接部の中心線(L)の計測を行
い、さらにステップにおいて、トーチ先端部を付合せ
溶接部の中心位置に追尾制御する。即ち、 イメージデータメモリ(7)にアクセスしてイメージデ
ータメモリ(7)に格納されている第2図A−A′線上の
明度データを読出す。
The processing unit (8) measures the center line (L) of the torch tip and the butt weld by the following procedure, and in the step, the torch tip is moved to the center position of the butt weld. To control tracking. That is, the image data memory (7) is accessed to read the brightness data on the line AA 'in FIG. 2 stored in the image data memory (7).

フィルタ部(81)において、読出した明度データをx方
向に順次加算し(第3図B参照)、さらに加算したデー
タを移動平均処理し(第3図C参照)、アーク光による
ノイズを除去する。
In the filter section (81), the read brightness data is sequentially added in the x direction (see FIG. 3B), and the added data is subjected to moving average processing (see FIG. 3C) to remove noise due to arc light. .

中心線検出部(82)において、ノイズ除去された明度デ
ータの関数を2次微分し(第3図D参照)、2次微分し
た関数のピーク位置を付合せ部の中心線(L)として検出
する。即ち、明度データの関数を二次微分することによ
り、付合せ周辺部における明度の非対象変化に殆ど影響
されることなく、付合せ中心線(L)を検出することがで
きる。また、2次微分関数のピーク値周辺を最小2乗法
により、2次関数で近似することにより、計測精度を高
めることができる。
In the center line detection unit (82), the function of the lightness data from which noise has been removed is secondarily differentiated (see FIG. 3D), and the peak position of the secondarily differentiated function is detected as the center line (L) of the matching unit. To do. That is, by quadratic differentiating the function of the brightness data, it is possible to detect the fitting center line (L) with almost no influence of the non-symmetrical change in the brightness in the fitting peripheral portion. Further, the accuracy of measurement can be improved by approximating the vicinity of the peak value of the quadratic differential function by the quadratic function by the least square method.

トーチ先端計測部(83)において、上記の付合せ部の
中心線(L)の検出処理と平行して、トーチ先端の外周を
非対称多項式にあてはめ、その多項式の曲線のピーク値
よりトーチ先端部の位置を計測する。このようにして、
トーチ先端部の位置を計測することにより、トーチ先端
像の上下の非対称性による計測誤差を少なくすることが
できる。
In the torch tip measuring unit (83), in parallel with the detection process of the center line (L) of the associating unit, the outer circumference of the torch tip is fitted to an asymmetric polynomial, and the peak value of the curve of the polynomial is used to determine the torch tip end portion. Measure the position. In this way
By measuring the position of the tip of the torch, it is possible to reduce the measurement error due to the vertical asymmetry of the torch tip image.

ずれ量算出部(84)において、検出された付合せ部の中
心線(L)と、トーチ先端計測部(83)において、検出され
たトーチ先端の延長線(L′)とのずれ量(D)を算出す
る。上記からの処理による計測誤差は、±20〜±
30μmオーダであった。これは、イメージセンサの±
2〜3画素に対応する精度である。尚、上記からの
処理は、マイクロコンピュータ等で高速処理することに
より、約1秒で行うことができる。
In the deviation amount calculation unit (84), the deviation amount (D) between the center line (L) of the detected butting portion and the extension line (L ′) of the torch tip detected by the torch tip measurement unit (83) ) Is calculated. The measurement error due to the above process is ± 20 to ±
It was on the order of 30 μm. This is ± of the image sensor
The accuracy corresponds to a few pixels. The processing described above can be performed in about 1 second by performing high-speed processing with a microcomputer or the like.

制御部(85)において、ずれ量(D)に基いてトーチ先端
位置を付合せ部の中心線(L)に追尾させる追尾制御信号
を出力する。
The control section (85) outputs a tracking control signal for tracking the torch tip position to the center line (L) of the matching section based on the shift amount (D).

出力インターフェース(9)は、制御部(85)からの追尾指
令信号に応じてトーチ先端を、y方向、或はy方向と逆
方向に動かして付合せ部の中心線上に位置させる。即
ち、トーチ先端と付合せ部の中心線とを一致させて、ず
れ量を「0」にすることができる。
The output interface (9) moves the tip of the torch in the y direction or in the direction opposite to the y direction in accordance with the tracking command signal from the control unit (85) to position it on the center line of the matching unit. That is, the amount of deviation can be set to "0" by matching the tip of the torch with the center line of the butting portion.

第5図は第1図の付合せ溶接部追尾装置による自動追尾
を100分間連続して計測した結果を示し、そのうち、
第5図Aは付合せ中心位置の変動を示し、第5図Bはト
ーチ先端位置の追尾位置を示し、第5図Cは、付合せ中
心位置とトーチ先端位置とのずれ量を示す。
FIG. 5 shows the result of continuously measuring the automatic tracking by the butt welding portion tracking device of FIG. 1 for 100 minutes.
FIG. 5A shows the variation of the centering position of attachment, FIG. 5B shows the tracking position of the tip position of the torch, and FIG. 5C shows the amount of deviation between the center position of attachment and the position of the torch tip.

この第5図の結果から、付合せ中心位置の変動に対し
て、トーチ先端位置が正確に追尾し、付け合せ中心位置
とトーチ先端位置とのずれ量が±0.2mm以内にあるこ
とが分る。
From the results shown in FIG. 5, it can be seen that the torch tip position accurately tracks the variation of the attachment center position, and the deviation amount between the attachment center position and the torch tip position is within ± 0.2 mm. .

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば、TIG溶接方法に準拠したトーチに替えて
MIG溶接方法に準拠したトーチを使用することが可能
であり、その他この発明の要旨を変更しない限りにおい
て種々の設計変更を施すことが可能である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and for example, a torch compliant with the MIG welding method can be used in place of the torch compliant with the TIG welding method, and other aspects. It is possible to make various design changes as long as is not changed.

<発明の効果> 以上のようにこの発明の付合せ溶接部追尾装置によれ
ば、二次元CCDカメラにより、付合せ溶接部の中心
線、およびトーチ先端を撮像することにより、アーク光
に比して若干暗くなる付合せ溶接部の中心線を、明度デ
ータとして捕らえることができる。そして、CCDカメ
ラにより撮像された溶接像の明度値を複数階調のディジ
タル値に変換し、演算処理部が明度データに基いてトー
チ先端位置と、付合せ部の中心線とのずれ量を算出する
ことにより、トーチ先端位置と、付合せ部の中心線とを
高い精度で、且つ連続して計測することができる。
<Effect of the Invention> As described above, according to the butt-welding portion tracking device of the present invention, the center line of the butt-welding portion and the tip of the torch are imaged by the two-dimensional CCD camera, so that it is possible to compare with the arc light. The center line of the butt weld, which becomes slightly darker, can be captured as brightness data. Then, the lightness value of the welding image picked up by the CCD camera is converted into digital values of a plurality of gradations, and the arithmetic processing unit calculates the amount of deviation between the torch tip position and the center line of the attachment portion based on the lightness data. By doing so, the tip position of the torch and the center line of the butting portion can be continuously measured with high accuracy.

従って、トーチ先端部を付合せ溶接部の中心線に、正確
に追従させることができ、所望の溶接強度が得られると
いう特有の効果を奏する。
Therefore, the torch tip portion can be made to accurately follow the center line of the butt-welded portion, and there is a unique effect that desired welding strength can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明に係る付合せ溶接部追尾装置の実施例
を示す図、 第2図は第1図の付合せ溶接部追尾装置で撮像した溶接
像、 第3図は付合せ中心位置の検出過程を説明するための
図、 第4図は演算処理部(8)の機能ブロック図、 第5図は第1図の付合せ溶接部追尾装置による計測、自
動追尾の結果を示す図。 (5)…二次元CCDカメラ、(6)…A/D変換部、(7)…
イメージデータメモリ、(8)…演算処理装置、(85)…制
御部、(9)…出力インターフェース
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a butt welding portion tracking device according to the present invention, FIG. 2 is a welding image taken by the butt welding portion tracking device of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the detection process, FIG. 4 is a functional block diagram of the arithmetic processing unit (8), and FIG. 5 is a diagram showing the results of measurement and automatic tracking by the butt welding unit tracking device of FIG. (5) ... Two-dimensional CCD camera, (6) ... A / D converter, (7) ...
Image data memory, (8) ... arithmetic processing unit, (85) ... control unit, (9) ... output interface

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】整形ローラにより、金属素材を付合わせな
がら送り込むと共に、金属素材の付合せ部の中心線を検
出するセンサをトーチよりも先行させ、センサからの出
力に基いてトーチの先端位置を付合せ部の中心線に追尾
させる付合せ溶接部追尾装置において、 付合せ部の周辺およびトーチ先端を撮像する二次元CC
Dカメラと、CCDカメラにより撮像された溶接像の明
度値を複数階調のディジタル値に変換するA/D変換部
と、ディジタル変換された明度データに基いてトーチ先
端位置、および付合せ部の中心線とのずれ量を算出する
演算処理部と、演算処理部により算出されたずれ量に応
じてトーチ先端位置を付合せ部の中心線に追尾させる追
尾制御信号を出力する制御部とを有することを特徴とす
る付合せ溶接部追尾装置。
1. A shaping roller is used to feed metal materials together while attaching them, and a sensor for detecting the center line of the joint portion of the metal materials precedes the torch, and the tip position of the torch is determined based on the output from the sensor. A two-dimensional CC that images the periphery of the butt joint and the torch tip in a butt weld tracking device that tracks the center line of the butt joint.
A D camera, an A / D conversion unit for converting the lightness value of the welding image picked up by the CCD camera into digital values of a plurality of gradations, a torch tip position based on the digitally converted lightness data, and an associating unit. It has a calculation processing unit that calculates the amount of deviation from the center line, and a control unit that outputs a tracking control signal that causes the torch tip position to track the center line of the attaching unit in accordance with the amount of deviation calculated by the calculation processing unit. A butt welding part tracking device characterized in that
【請求項2】演算処理部が、付合せ方向と直交する方向
の明度データの関数を2次微分し、2次微分した関数の
ピーク値を付合せ中心位置とするものであることを特徴
とする上記特許請求の範囲第1項記載の付合せ溶接部追
尾装置。
2. The arithmetic processing unit is characterized in that a function of lightness data in a direction orthogonal to the fitting direction is quadratic differentiated, and a peak value of the quadratic differentiated function is used as a fitting center position. The butt-welding part tracking device according to claim 1.
【請求項3】演算処理部が、明度データの関数を2次微
分する際に、付合せ方向に明度データを加算し、さら
に、重み付き移動平均処理を行って、溶接光によるノイ
ズを除去するものであることを特徴とする上記特許請求
の範囲第2項記載の付合せ溶接部追尾装置。
3. The arithmetic processing unit adds the brightness data in the matching direction when the function of the brightness data is secondarily differentiated, and further performs weighted moving average processing to remove noise due to welding light. The butt welding part tracking device according to claim 2, wherein the device is a butt welding part tracking device.
【請求項4】演算処理部が、トーチ周辺部を非対称多項
式にあてはめ、非対称多項式のピーク値をトーチ先端位
置として計測するものであることを特徴とする上記特許
請求の範囲第1項記載の付合せ溶接部追尾装置。
4. An arithmetic processing unit applies a peripheral portion of a torch to an asymmetric polynomial, and measures a peak value of the asymmetric polynomial as a torch tip position. Matching weld tracking device.
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