JPH07185855A - レーザ溶接の溶接品質管理方法 - Google Patents
レーザ溶接の溶接品質管理方法Info
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- JPH07185855A JPH07185855A JP5331083A JP33108393A JPH07185855A JP H07185855 A JPH07185855 A JP H07185855A JP 5331083 A JP5331083 A JP 5331083A JP 33108393 A JP33108393 A JP 33108393A JP H07185855 A JPH07185855 A JP H07185855A
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Abstract
光センサ6で検出し、それに基づいて信号処理装置16
で溶接状態の適否の予備判定を行う。溶接ビードBを連
続的に撮像するビデオカメラ9がとらえたビデオ信号V
を画像処理装置19で処理して溶接ビードBの表面欠陥
の有無を検査する。予備判定の結果溶接不良と判定され
た場合には、その溶接不良部位がビデオカメラ9の有効
視野に入るタイミングとビデオ同期信号のタイミングが
一致するようにビデオ同期信号d1のタイミングを調整
し、画像処理対象となるビデオ信号Vのフレームに溶接
不良部位が必ず含まれるようにする。
Description
理方法に関する。
品質を管理するために、レーザ光に誘起されて溶接部で
発生するプラズマ光を監視する方法と、溶接ビードの表
面性状を画像処理により監視する方法とがある。
いに突き合わせた被溶接物1の突き合わせ部2に対して
レーザ発振機3から出力されたレーザ光4をレンズ等の
集光光学系5で集光した上で照射し、被溶接物1とレー
ザ光4とを所定速度で相対移動させながら溶接を行う一
方、被溶接物1の上方には溶接部位Wを指向するフォト
トランジスタ等の光センサ6を配置し、レーザ光4に誘
起されて溶接部位Wで発生するプラズマ光Pの強度を光
センサ6で監視するものである。なお、前記光センサ6
の検出出力は信号処理装置7で処理されて、予め設定さ
れた基準値と比較されることにより溶接状態の適否判定
がなされる。
ーザ溶接での深溶け込み溶接に特有な現象で、溶融池内
で発生する金属蒸気が電離しレーザ光を吸収して発光し
ている現象である。したがって、そのプラズマ光強度は
原理的にレーザ溶接現象に大きく影響しており、そのプ
ラズマ光の強度変化を計測することで溶接品質、特に溶
け込み深さを評価することができる。
きた溶接ビードの表面を計測するもので、例えば図4に
示すように、前記プラズマ光Pの影響を受けないように
溶接部位Wから数十ミリ離れた位置にて、光源8の照明
光を当てながらビデオカメラ9にて溶接ビードBを撮像
し、画像処理装置10にてビード表面のアンダーフィル
ムやピット等の表面欠陥の有無を判定するものである。
プラズマモニタリング法は、溶接に伴って発生するプラ
ズマ光Pの光強度をフォトトランジスタ等の単純な光セ
ンサ6で検出するので、数kHz程度の検出速度は容易
に得られる。これはレーザ溶接速度を例えば5m/mi
nとすると0.1mmに1回以上の検出は可能で、欠陥
検出には十分な時間分解能をもっている。その反面、プ
ラズマ光強度そのものがレーザ出力や溶接速度ならびに
加工ガス条件など他の溶接条件の影響を受けやすく、溶
接品質の評価結果の信頼性が必ずしも十分でない。
そのものをモニタリングする方法では、溶接ビード表面
に発生したアンダーフィルやピット等の比較的大きな表
面欠陥を正確に判定することができる半面、判定結果を
得るまでに大量の計算を必要とし時間がかかる。例えば
標準的なビデオ装置のフレームを毎秒30フレームとす
ると、レーザ溶接速度が5m/minの場合にはおよそ
3mmに1回の検査となり、1mm程度の大きさの欠陥
を見逃す可能性がある。
短があり、溶接状態の評価結果の信頼性の面でなおも問
題を残している。
れたもので、前述したプラズマモニタリング法ではレー
ザ溶接施工中に実質的に時間遅れなしで溶接欠陥を検出
するのに対して、溶接ビードそのものをモニタリングす
る方法では溶接ビードが完全に形成されたのちに、しか
もプラズマの影響を避けるために溶接部位からある程度
離れた位置にて検出することに着目し、プラズマモニタ
リング法の結果溶接状態が不良と判定された場合にはそ
の不良部位の溶接ビードにはえぐれや穴あき等の表面欠
陥も発生している可能性がきわめて高いため、実質的に
双方の方法を併用した上で、プラズマモニタリング法で
高速で比較的ラフに欠陥検出を行って欠陥が予想される
おおよその位置を特定し、その位置にビデオ信号の1フ
レームの始期となるビデオ同期信号の発生タイミングを
合わせて画像処理することにより、溶接状態(溶接品
質)の適否判定結果の信頼性の向上を図ろうとするもの
である。
ーザ光を照射してその被溶接物とレーザ光とを溶接方向
に相対移動させながら溶接を行うにあたり、前記レーザ
光に誘起されて溶接部位から発生するプラズマ光を光セ
ンサにより監視して、そのレーザ誘起プラズマ光の強度
に基づいて溶接状態の適否を予備判定する一方、前記レ
ーザ光の照射部位から離れた位置で溶接ビードをビデオ
カメラで連続的に撮像するとともにそのビデオ信号を画
像処理装置に取り込み、所定の周期で付与されるビデオ
同期信号に同期したフレームごとに画像処理を施すこと
により溶接ビードの表面欠陥の検査を行うようにしたレ
ーザ溶接の溶接品質管理方法であって、前記溶接部位が
レーザ光照射位置からビデオカメラの有効視野まで移動
するのに必要な時間を予め設定しておき、前記溶接状態
の予備判定の結果溶接不良と判定された場合には、その
予備判定結果が出力されてから前記設定時間だけ遅れて
出力される遅延信号の発生タイミングで画像処理対象と
なるフレームの始期となるビデオ同期信号が発生するよ
うに、その遅延信号の発生タイミングでビデオ同期信号
の発生タイミングをリセットすることを特徴としてい
る。
溶接状態が不良と予備判定されないかぎり、画像処理に
よる表面欠陥検査では特にプラズマモニタリング法と同
期をとられることなく、一定周期で発生するビデオ同期
信号のもので画像処理が実行される。一方、プラズマモ
ニタリング法で溶接状態が不良と予備判定された場合に
は、その溶接状態不良と予備判定された部位がビデオカ
メラの視野に入った段階からビデオ信号のフレームの始
期となるビデオ同期信号の発生タイミングがリセットさ
れる。
で予備判定した結果をもとに、欠陥と思われる部位を比
較的低速の画像処理装置にて再度検査することができる
ようになり、従来のように欠陥を見逃すことがなくな
る。
4に示した従来例と共通する部分には同一符号を付して
ある。
る溶接部位Wを指向するように配置したフォトトランジ
スタ等の光センサ6でプラズマ光Pの光強度aを連続的
に検出する一方、溶接部位Wから溶接方向後段側に数十
ミリ離れた位置に光源8とともにCCDカメラ等のビデ
オカメラ9を配置し、被溶接物1の突き合わせ部2に沿
って形成される溶接ビードBを連続的に撮像する。前記
レーザ光4と被溶接物1とは突き合わせ部2に沿って相
対移動させ、本実施例では被溶接物1を一定の速度で連
続的に移動させる。
1およびアンプ12を含む前処理回路13を経て信号処
理装置14に取り込まれる。この信号処理装置14はA
/D変換部15と判定部16とを含んでおり、A/D変
換された後の信号と予め設定された基準値とが判定部1
6で比較されて、プラズマ光強度aに基づく溶接状態が
不良と判定された場合には前記判定部16から後述する
遅延回路17に対して予備判定信号bが出力される。
ビードBのビデオ信号(映像信号)Vは画像処理装置1
9に取り込まれて、通常はビデオ同期回路18から出力
される例えば1/30秒ごとの一定周期のビデオ同期信
号dにより同期がとられて、1フレームごとに公知の特
徴抽出法により表面欠陥の有無の判定処理がなされる。
前段の遅延回路17には、溶接部位Wがそのレーザ光照
射位置からビデオカメラ9の有効視野に入るまでに要す
る時間TDが予め設定されており、信号処理装置14か
ら遅延回路15に対して予備判定信号bが入力された場
合には、遅延回路17は上記の設定時間TDだけ遅れた
タイミングで遅延信号cをビテオ同期回路18に対して
出力することになる。そして、ビデオ同期回路18に遅
延信号cが入力された場合には、ビデオ同期回路18は
その遅延信号cの入力タイミングでビデオ同期信号d1
を発生させて、実質的にそれ以降のビデオ同期信号dの
発生タイミングをリセットすることになる。
設定時間TDは、レーザ光4の光軸とビデオカメラ9の
光軸とのなす距離と溶接速度とによって決まり、この遅
延設定時間TDを、光センサ6でプラズマモニタリング
された溶接部位Wがビデオカメラ9の有効視野に入るま
での移動に要する時間として設定しているのは、そのプ
ラズマモニタリング法の結果溶接状態が不良と予備判定
された場合にはその不良部位には溶接ビードBの表面欠
陥も発生している可能性が高いために、その不良部位を
ビデオ信号のフレーム内で確実にとらえるようにするた
めである。
ングチャートであって、溶接に伴って発生するプラズマ
光Pの強度aが溶接条件の急変等によって変動すると、
光センサ6の受光量変化から信号処理装置14が直ちに
溶接状態不良と判定して、信号処理装置14は遅延回路
17に対して予備判定信号bを出力する。
入力されると直ちに上記の遅延設定時間TDのタイムカ
ウントを開始し、その遅延設定時間TDのタイムアップ
と同時にビデオ同期回路18に対して遅延信号cを出力
する。このビデオ同期回路18では通常は例えば1/3
0秒ごとに一定周期でビデオ同時信号dを発生している
ものであるが、上記のように遅延信号cが入力されると
その前後の信号間隔を調整して、遅延信号cの入力タイ
ミングでビデオ同期信号d1が発生するように以降のビ
デオ同期信号dの発生タイミングをリセットする。
信号Vの1フレームの蓄積時間に相当するもので、上記
のように信号間隔を調整する方法としては、遅延信号c
の入力タイミングの直前のフレームを打ち切るか、ある
いは次のフレームの開始タイミングを遅らせるかのいず
れかの方法とし、本実施例では次のフレームの開始を遅
らせるようにして遅延信号cの入力タイミングでビデオ
同期信号d1を発生させるようにしている。
タイミングよりも予備判定信号bの発生タイミングがわ
ずかに遅れているが、実際には両者のタイミングはほぼ
同時であると理解して差し支えない。これは、遅延信号
cの発生タイミングとこれに合わせて発生するビデオ同
期信号d1との関係についても同様である。
号d1は、プラズマモニタリング法で溶接状態不良と判
定された時点から遅延設定時間TDだけ遅れたタイミン
グで出された信号、すなわちプラズマモニタリング法で
溶接状態不良と判定された部位がビデオカメラ9の有効
視野に入るのに合わせて出力された信号であり、したが
ってビデオカメラ9の撮像によって得られたビデオ信号
Vのうち上記のタイミング調整されたビデオ同期信号d
1を開始条件とするフレームのなかには、先に溶接状態
不良と予備判定された溶接部位が確実にとらえられるよ
うになる。
ング法で溶接状態が不良と予備判定された部位には、溶
接ビードBが完全に形成された後においても同時に表面
欠陥が発生している可能性が高いため、ビデオカメラ9
がとらえたビデオ信号Vを画像処理装置19でフレーム
ごとに適否判定処理することによりその溶接ビードBの
表面欠陥を確実に判定することができる。
で溶接状態の適否を予備判定することにより溶接状態の
不良(欠陥)が予想される部位を特定した上で、その不
良と予備判定された溶接部位Wが画像処理対象となるフ
レームに必ず含まれるようにビデオ同期信号d1の発生
タイミングを調整するようにしていることにより、溶接
ビードBの表面欠陥を含む溶接状態を一段と正確に検査
することができるようになる。
モニタリング法で溶接状態の適否を予備判定して溶接状
態が不良と予想される部位を予め特定した上で、その溶
接不良部位が画像処理対象となるフレームに必ず含まれ
るようにビデオ同期信号の発生タイミングを調整するよ
うにしたことにより、プラズマモニタリング法の高速性
と画像処理により検査の正確性とを互いに活かすことが
でき、それによって従来のように欠陥を見逃すことがな
くなり、溶接状態の適否判定結果の信頼性が大幅に向上
する。
Claims (1)
- 【請求項1】 被溶接物にレーザ光を照射してその被溶
接物とレーザ光とを溶接方向に相対移動させながら溶接
を行うにあたり、 前記レーザ光に誘起されて溶接部位から発生するプラズ
マ光を光センサにより監視して、そのレーザ誘起プラズ
マ光の強度に基づいて溶接状態の適否を予備判定する一
方、 前記レーザ光の照射部位から離れた位置で溶接ビードを
ビデオカメラで連続的に撮像するとともにそのビデオ信
号を画像処理装置に取り込み、所定の周期で付与される
ビデオ同期信号に同期したフレームごとに画像処理を施
すことにより溶接ビードの表面欠陥の検査を行うように
したレーザ溶接の溶接品質管理方法であって、 前記溶接部位がレーザ光照射位置からビデオカメラの有
効視野まで移動するのに必要な時間を予め設定してお
き、 前記溶接状態の予備判定の結果溶接不良と判定された場
合には、その予備判定結果が出力されてから前記設定時
間だけ遅れて出力される遅延信号の発生タイミングで画
像処理対象となるフレームの始期となるビデオ同期信号
が発生するように、その遅延信号の発生タイミングでビ
デオ同期信号の発生タイミングをリセットすることを特
徴とするレーザ溶接の溶接品質管理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5331083A JP2885040B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | レーザ溶接の溶接品質管理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5331083A JP2885040B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | レーザ溶接の溶接品質管理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07185855A true JPH07185855A (ja) | 1995-07-25 |
JP2885040B2 JP2885040B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=18239666
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5331083A Expired - Lifetime JP2885040B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | レーザ溶接の溶接品質管理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2885040B2 (ja) |
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- 1993-12-27 JP JP5331083A patent/JP2885040B2/ja not_active Expired - Lifetime
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