JPH08132274A - 溶接品質診断方法及び装置 - Google Patents

溶接品質診断方法及び装置

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JPH08132274A
JPH08132274A JP27790794A JP27790794A JPH08132274A JP H08132274 A JPH08132274 A JP H08132274A JP 27790794 A JP27790794 A JP 27790794A JP 27790794 A JP27790794 A JP 27790794A JP H08132274 A JPH08132274 A JP H08132274A
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JP
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welding
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JP27790794A
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Shoichiro Kaihara
正一郎 貝原
Masaichi Koketsu
政一 纐纈
Toru Oguchi
徹 小口
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Original Assignee
IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接条件の判定と、画像処理による判定とを
併用して、溶接欠陥の判定を自動化できるようにする。 【構成】 演算制御装置２７は、溶接装置１に設けられ
た溶接状況検出装置１１，１４〜１６，４６からの溶接
状況信号１２，１８〜２０，４７が、入力装置２５に設
定した適正溶接条件２６の範囲を越えた時に、溶接の開
先８に向けて設けられた撮影装置１３からの映像信号２
２を前記範囲を越えた前後数フレーム分だけ画像処理装
置４５で画像処理して溶接欠陥かどうかを判定するよう
にしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接品質診断方法及び
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶接の分野では、予め設定した溶接条件
に基づいてフィードバック制御を行いつつ自動的に溶接
を行う自動溶接装置が実現されている。
【０００３】上記自動溶接装置によれば、高品質な溶接
継手を得ることが可能であるが、溶接完了後、溶接継手
の品質保証を行うために、溶接継手全体に亘って非破壊
検査を行うことが依然として不可欠であり、熟練した溶
接士の減少とあいまって、非破壊検査に多大な手間を要
していた。
【０００４】そこで、本願の出願人により、溶接中に、
自動溶接装置の各種作動状況を示すデータをリアルタイ
ムでモニタに表示すると共に、溶接終了後に、前記デー
タと予め設定しておいた溶接条件とを基に自己診断を行
い、前記データが溶接条件から外れた場合にその部分の
データが異常値であると表示するようにした自己診断機
能付自動溶接装置が開発され、昭和６３年特許願第２２
４２４号として出願されている。
【０００５】そして、上記自己診断機能付自動溶接装置
では、溶接完了後に、溶接継手のうち、自己診断の結果
データが異常値を示した部分のみを集中的に非破壊検査
することにより、溶接継手全体を非破壊検査しなくとも
十分な品質保証を行うことが可能になった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た自己診断機能付自動溶接装置には、以下のような問題
があった。
【０００７】即ち、上記自己診断機能付自動溶接装置で
は、自己診断は溶接完了後に行われるため、収集してい
る溶接状況のデータなどを溶接中に利用することができ
なかった。
【０００８】本発明は、上述の実情に鑑み、収集した溶
接状況のデータなどを溶接時に有効に利用し得るように
した溶接品質診断方法及び装置を提供することを目的と
するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶接装置に設
けられた溶接状況検出装置からの溶接状況信号が、設定
された適正溶接条件の範囲を越えた時に、溶接の開先に
向けて設けられた撮影装置の映像信号を前記範囲を越え
た前後数フレーム分だけ画像処理して溶接欠陥があるか
どうかを判定することを特徴とする溶接品質診断方法に
かかるものである。
【００１０】又、適正溶接条件を入力する入力装置と開
先の映像を画像処理する画像処理装置とを備え、溶接装
置に設けられた溶接状況検出装置からの溶接状況信号
が、入力装置からの適正溶接条件の範囲を越えた時に、
溶接の開先に向けて設けられた撮影装置の映像信号を画
像処理装置で画像処理して溶接欠陥かどうかを判定する
制御装置を備えたことを特徴とする溶接品質診断装置に
かかるものである。
【００１１】この場合において、溶接状況検出装置とし
て、溶接中及び溶接後に溶接材に発生し成長する割れや
欠陥に起因する音波を検出するアコースティック・エミ
ッションを備えるようにしても良い。
【００１２】
【作用】本発明の作用は以下の通りである。
【００１３】制御装置は、溶接装置に設けられた溶接状
況検出装置からの溶接状況信号が、入力装置に設定した
適正溶接条件の範囲を越えた時に、溶接の開先に向けて
設けられた撮影装置からの映像信号を前記範囲を越えた
前後数フレーム分だけ画像処理装置で画像処理して溶接
欠陥かどうかを判定する。
【００１４】このように、適正溶接条件の判定に画像処
理を併用するようにしたことにより、溶接欠陥の判定を
自動化することができる。
【００１５】この際、適正溶接条件に異常が生じた時に
のみ、前後数フレーム分の映像信号を画像処理させるよ
うにしているので、画像処理装置の負担が少なく、安価
な画像処理装置でも迅速且つ確実に溶接欠陥の判定を行
わせることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
【００１７】図１は、本発明の一実施例である。
【００１８】図中、１は自動溶接装置、２は自動溶接装
置１の溶接トーチ、３はトーチ位置調整用モータ４など
によって溶接トーチ２を位置調整するトーチ位置調整装
置、５は管などの溶接材、６は溶接材位置調整用モータ
７などによって溶接材５の位置を調整する溶接材位置調
整装置、８は溶接材５に形成された開先、９は開先８へ
溶接ワイヤ４１を送給するワイヤ送給装置である。
【００１９】又、１０は自動溶接装置１の溶接制御装
置、１１は自動溶接装置１に設けられた溶接状況検出装
置であって、アーク電流や、アーク電圧や、ワイヤ送給
速度や、溶接トーチ２或いは溶接材５の移動速度や、溶
接トーチ２のオシレート幅や、オシレート速度や、パル
ス電流や、パルス周波数や、開先８をシールするシール
ドガス供給量や、溶接トーチ２を冷却する冷却水供給量
などの各種溶接状況１２を検出するようになっている。
【００２０】そして、開先８へ向けて、開先８の状況を
撮影するＣＣＤカメラなどの撮影装置１３と、トーチ高
さなどを計測するためのレーザ距離計などの溶接状況検
出装置１４、及び、溶接音を集音するマイクロホンなど
の溶接状況検出装置１５、並びに、溶接音圧を計測する
音圧計などの溶接状況検出装置１６を設ける。加えて、
溶接材５に、溶接中及び溶接後に発生し成長する割れや
欠陥などに起因して溶接材５内部を伝わる音波を検出す
るアコースティック・エミッションなどの溶接状況検出
装置４６を設ける。
【００２１】本発明の溶接品質診断装置では、溶接制御
装置１０からの溶接制御信号１７と、各溶接状況検出装
置１１，１４〜１６，４６からの溶接状況１２，１８〜
２０，４７とをＡ／Ｄ変換器２１を介して入力すると共
に、撮影装置１３からの映像信号２２をビデオボードな
どの画像変換装置２３を介して入力して、各溶接状況１
２，１８〜２０，４７と映像信号２２とを、自動溶接装
置１の作動中に、モニタなどの表示装置２４の同一画面
上に経時的に表示させる演算制御装置２７を設ける。
【００２２】又、該演算制御装置２７によって、適性溶
接条件設定装置としての入力装置２５から入力される各
溶接状況１２，１８〜２０，４７に応じた適正溶接条件
２６を上限値や下限値などの形で溶接状況１２，１８〜
２０，４７及び映像信号２２と同一画面上に表示させ、
更に、各溶接状況１２，１８〜２０，４７が適正溶接条
件２６の上限値や下限値を越えた場合に越えたことを色
の変化などによって表示させるようにする。
【００２３】且つ、上記自動溶接装置１の溶接状況１
２，１８〜２０，４７が適正溶接条件２６の範囲内にな
い場合に、後述するように、演算制御装置２７から補修
位置信号４２をＤ／Ａ変換器４３へ送り、Ｄ／Ａ変換器
４３を介して溶接制御装置１０へ補修指令４４を送らせ
るようにする。
【００２４】更に、演算制御装置２７に、自動溶接装置
１の溶接状況１２，１８〜２０，４７が適正溶接条件２
６の範囲を越えた場合に、撮影装置１３或いは後述する
録画装置３２や図示しない画像メモリからの映像信号２
２を、適正溶接条件２６の範囲を越えた時を基準として
前後数フレーム分についてのみ画像処理する画像処理装
置４５を設ける。
【００２５】加えて、上記の表示とは別に、演算制御装
置２７によって、各溶接状況１２，１８〜２０，４７な
どを各種の手法で診断し、その診断結果を表示装置２４
に表示させるようにする。
【００２６】又、２８は演算制御装置２７からの信号２
９によって印字を行うプリンタなどの印字装置、３０は
演算制御装置２７からの信号３１によって各溶接状況１
２，１８〜２０，４７などを記録するフロッピーディス
ク装置、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置など
の外部の記録装置、３２は演算制御装置２７からの信号
３３によって映像信号２２を録画するビデオレコーダな
どの録画装置である。
【００２７】更に、３４は演算制御装置２７から表示装
置２４へ送る信号、３５は溶接制御装置１０から溶接ト
ーチ２へ送られる制御信号、３６は溶接制御装置１０か
らトーチ位置調整装置３へ送られる制御信号、３７は溶
接制御装置１０から溶接材位置調整用モータ７へ送られ
る制御信号、３８は溶接制御装置１０からワイヤ送給装
置９へ送られる制御信号、３９はＡ／Ｄ変換器２１から
演算制御装置２７へ送られる信号、４０は演算制御装置
２７と画像変換装置２３との間でやり取りされる信号で
ある。
【００２８】次に、作動について説明する。
【００２９】溶接品質診断装置の演算制御装置２７を起
動し、演算制御装置２７に接続された各機器を使用可能
な状態とする。同時に、入力装置２５から演算制御装置
２７へ適正溶接条件２６を入力する。
【００３０】そして、上記とは別に、自動溶接装置１を
起動し、溶接制御装置１０から溶接トーチ２や、トーチ
位置調整装置３や、溶接材位置調整装置６や、ワイヤ送
給装置９へ制御信号３５〜３８を送ってこれらを制御
し、同時に、溶接状況検出装置１１で検出したアーク電
流や、アーク電圧や、ワイヤ送給速度や、溶接トーチ２
或いは溶接材５の移動速度や、溶接トーチ２のオシレー
ト幅や、オシレート速度や、パルス電流や、パルス周波
数や、開先８をシールするシールドガス供給量や、溶接
トーチ２を冷却する冷却水供給量などの各種溶接状況１
２をフィードバックしつつ、自動溶接装置１による自動
溶接を開始させる。
【００３１】上記自動溶接の開始と同時に、自動溶接装
置１の溶接制御装置１０は、Ａ／Ｄ変換器２１を介し
て、前記溶接品質診断装置の演算制御装置２７へ溶接制
御信号１７を送り、溶接品質診断装置に溶接の開始を知
らせる。
【００３２】すると、溶接品質診断装置の演算制御装置
２７は、モニタなどの表示装置２４へ信号３４を送っ
て、上記自動溶接装置１の作動中に、図１に示すよう
に、モニタなどの表示装置２４へ、溶接状況検出装置１
１からのアーク電流や、アーク電圧や、ワイヤ送給速度
や、溶接トーチ２或いは溶接材５の移動速度や、溶接ト
ーチ２のオシレート幅や、オシレート速度や、パルス電
流や、パルス周波数や、開先８をシールするシールドガ
ス供給量や、溶接トーチ２を冷却する冷却水供給量など
の各種溶接状況１２と、レーザ距離計などの溶接状況検
出装置１４で計測したトーチ高さなどの溶接状況１８
と、マイクロホンなどの溶接状況検出装置１５で集音し
た溶接音などの溶接状況１９と、音圧計などの溶接状況
検出装置１６で計測した溶接音圧などの溶接状況２０
と、アコースティック・エミッションなどの溶接状況検
出装置４６で検出された、溶接中及び溶接後に発生し成
長する割れや欠陥などに起因して溶接材５内部を伝わる
音波などの溶接状況４７を表示させ、且つ、同一画面上
にＣＣＤカメラなどの撮影装置１３で撮影した開先８の
映像などの映像信号２２を経時的に表示させる。
【００３３】この時、演算制御装置２７は、入力装置２
５からの適正溶接条件２６に基づき、各溶接状況１２，
１８〜２０，４７ごとに適正溶接条件２６を上限値及び
下限値などの形で溶接状況１２，１８〜２０，４７及び
映像信号２２と同一画面上に表示させる。且つ、各溶接
状況１２，１８〜２０，４７が適正溶接条件２６の上限
値や下限値を越えた場合には、越えたことを色の変化な
どによって表示させる。
【００３４】このように、同一の画面に、各溶接状況１
２，１８〜２０，４７と、各溶接状況１２，１８〜２
０，４７についての適正溶接条件２６と、各溶接状況１
２，１８〜２０，４７が適正溶接条件２６の上限値や下
限値を越えたことを表示し、同時に、映像信号２２によ
る開先８の溶融プールの映像を表示するようにしたた
め、溶接士はこれらを関連付けて認識することが可能と
なり、又、溶接士は各溶接状況１２，１８〜２０，４７
が適正溶接条件２６の上限値や下限値を越えた部分のデ
ータ及び画像を一目で確認できるようになるので、溶接
品質診断装置の操作性が向上する。同時に、適正溶接条
件２６を越えた部分については、全てが溶接欠陥とは限
らず、又、溶接欠陥の全てが有害欠陥とは限らないので
あるが、溶接士は開先８の映像を見ることによって、実
際に溶接欠陥が発生したかどうか、又、溶接欠陥が有害
欠陥であるか無害欠陥であるかをその場で簡単に確認す
ることができる。
【００３５】尚、種々のフィルタを装着した撮影装置１
３を多数配置して、画像を切替えたり合成したりするこ
とにより、開先８の映像の鮮明化やフィルタ処理などを
図れば、溶接欠陥をより確認し易くなる。
【００３６】そして、上記自動溶接装置１の溶接状況１
２，１８〜２０，４７が適正溶接条件２６の範囲を越え
た場合（溶接条件異常の場合）、溶接品質診断装置の演
算制御装置２７は、画像処理装置４５に撮影装置１３や
録画装置３２や図示しない画像メモリからの映像信号２
２を、適正溶接条件２６の範囲を越えた時を基準として
前後数フレーム分について画像処理させ、画像処理の結
果、有害な溶接欠陥が発生したと判断したら（画像異
常）、自動的に補修位置信号４２を発生し、Ｄ／Ａ変換
器４３を介して補修指令４４として溶接制御装置１０へ
送る。
【００３７】すると、自動溶接装置１は、溶接品質診断
装置の演算制御装置２７からの補修指令４４に基づき、
直ちに、或いは、溶接作業が一通り終了した後に、続け
て欠陥の生じた位置を補修し、溶接工程中に自動的に溶
接欠陥の補修を行う。このように、溶接工程において溶
接品質診断装置の診断に基づいた補修を同時に行わせる
ようにしたので、溶接欠陥の少ない溶接を行うことが可
能となる。
【００３８】尚、有害な溶接欠陥の発生と、溶接状況１
２，１８〜２０，４７を監視したデータとの関連を調査
分析した結果、全ての溶接状況１２，１８〜２０，４７
について適正溶接条件２６の監視を行わなくとも、最低
でアーク電圧とアーク電流と異常継続時間の３つの要素
を監視すれば、有害な溶接欠陥かどうか識別することが
可能であることが確認された。これにより、他の適正溶
接条件２６の監視に用いていた空きチャンネルを利用し
て、一台の溶接品質診断装置で同時に複数台の自動溶接
装置１の自動診断が可能になることも確認された。
【００３９】又、画像処理は一般に扱う情報量が多くな
るため、溶接の開始から終了までの間連続して画像処理
を行わせようとすると、大容量のメモリや高速な画像処
理専用半導体などが必要となって画像処理装置４５が極
端に高価となり、しかも、その場合でも処理時間が長く
かかってリアルタイム処理を行うことができなくなるお
それがあるが、本発明では、画像処理装置４５に、適正
溶接条件２６の範囲を越えた時を基準として前後数フレ
ーム分についてのみ画像処理させるようにしているの
で、画像処理装置４５の負担が少なく、安価な画像処理
装置４５でも迅速且つ確実な自動診断処理をリアルタイ
ムに行わせることが可能となる。
【００４０】そして、溶接開始と同時に、演算制御装置
２７が記録装置３０及び録画装置３２へ信号３１，３３
を送って、記録及び録画を同期して開始させ、記録装置
３０に、溶接中、及び、補修中の各溶接状況１２，１８
〜２０，４７を全て記録させ、又、録画装置３２に、映
像信号２２を録画させ、溶接記録を取るようにする。
【００４１】次に、演算制御装置２７は、溶接終了後
に、各溶接状況検出装置１１，１４〜１６，４６で検出
した各溶接状況１２，１８〜２０，４７などを各種の手
法で診断し、診断結果を表示装置２４に表示させる。
【００４２】尚、アコースティック・エミッションなど
の溶接状況検出装置４６は、溶接後における溶接材５の
割れや欠陥の発生や成長をも検出することができるの
で、溶接終了後もしばらく作動させておくようにする。
【００４３】具体的には、各溶接状況１２，１８〜２
０，４７相互間の相関性（Ｘ−Ｙ分布）や、各溶接状況
１２，１８〜２０，４７のデータのばらつき具合（ワイ
ブル分布、或いは、累積度数分布）や、頻度分布（ヒス
トグラム）や、データの重要度などを考慮に入れた、平
均値に対するばらつき限界（Ｘ−Ｒ管理）、その他、各
種の診断手法を実施して診断結果を表示する。
【００４４】そして、上記各種の手法による診断結果に
基づき、溶接及び補修を通じて表示装置２４に異常と表
示された部分が実際に有害な溶接欠陥であるのか否かを
判定する。
【００４５】このようにすれば、より正確に有害な溶接
欠陥の有無を判定することが可能となり、且つ、有害な
溶接欠陥のある部分を絞込むことができる。
【００４６】こうして、有害な溶接欠陥であると判定さ
れた部分のみにつき、溶接後に超音波探傷や、Ｘ線探傷
や、磁粉探傷や、侵透探傷などの非破壊検査を行う。検
査の結果、有害な溶接欠陥であったならば補修溶接を行
って溶接欠陥を補修すると共に、溶接品質診断装置で前
記と同様に補修中の溶接記録を取り、溶接欠陥でないか
或いは無害な溶接欠陥であればその旨を溶接記録に記録
する。
【００４７】以上のようにして、全ての溶接欠陥が補修
されたら、演算制御装置２７は再度診断を行い、診断の
結果、有害な溶接欠陥がないと出たら、溶接記録にその
旨を記録し、溶接品質の保証とする。このように、有害
な溶接欠陥のある部分を絞り込んだ上で非破壊検査を行
うので、非破壊検査の手間を大幅に減少しつつ十分な品
質保証を行うことが可能になる。
【００４８】又、溶接中、及び、補修溶接中の溶接記録
（各溶接状況１２，１８〜２０，４７や映像信号２２）
が全て残されるので、後日、各溶接記録を再生して溶接
継手の状態を何度でも確認・診断することが可能とな
る。
【００４９】以上の作動の流れを、図２のフローチャー
トにまとめる。
【００５０】尚、実線矢印は溶接中の流れを示し、白抜
矢印は溶接後の診断の流れを示し、破線矢印は診断結果
に基づく検査の流れを示している。
【００５１】溶接中の作動は以下の通りである。
【００５２】先ず、自動溶接装置１によって自動溶接が
行われると（イ）、自動溶接装置１からの溶接状況１
２，１８〜２０，４７や映像信号２２などが溶接品質診
断装置へ連続的に入力され、或いは間欠的にサンプリン
グ入力される（ロ）。
【００５３】溶接状況１２，１８〜２０，４７や映像信
号２２は、溶接記録として記録される（ホ）。
【００５４】そして、各溶接状況１２，１８〜２０，４
７が適正溶接条件２６の範囲を越えると、異常と判断さ
れ（ハ）、更に、開先の映像の画像処理（ニ）の結果、
異常と判断されると、自動溶接装置１によって溶接中に
異常箇所の補修が行われる（イ）。画像処理の結果、正
常であると判断された場合には、その旨が溶接記録に記
録のみされる。尚、補修についても、上記溶接記録が取
られる（ホ）。
【００５５】溶接が終了すると、溶接中及び補修中の溶
接記録に基づいて、自己診断が行われる（ヘ）。
【００５６】そして、自己診断の結果、有害な溶接欠陥
ありとされた箇所に付いてのみ、部分的に非破壊検査を
行う（ト）。検査の結果、有害な溶接欠陥がなければそ
の旨を溶接記録に記録し（ホ）、有害な溶接欠陥があれ
ば補修溶接を行う（イ）。補修溶接中の溶接記録も記録
される（ホ）。
【００５７】こうして、補修溶接が済んだら、再度、自
己診断を行い（ヘ）、有害な溶接欠陥がなければ、その
旨を溶接記録に記録し、溶接の品質保証とする（チ）。
【００５８】尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、自動溶接装置に溶接品質診断装置の
機能を組込んで一体化しても良いこと、自動溶接装置以
外の溶接装置にも適用可能であること、その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得る
ことは勿論である。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
適正溶接条件の判定と、画像処理とを併用するようにし
たことにより、溶接欠陥の判定を自動化することがで
き、しかも、適正溶接条件に異常が生じた時にのみ、前
後数フレーム分の映像信号のみを画像処理させるように
しているので、画像処理装置の負担が少なく、安価な画
像処理装置でも迅速且つ確実に溶接欠陥の判定をリアル
タイムに行わせることができ、更に、アコースティック
・エミッションを併用することにより、溶接終了後にお
ける割れや欠陥の発生や成長を検出することができると
いう優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の全体概略系統図である。
【図２】図１の作動の流れをまとめたフローチャートで
ある。
【符号の説明】
１ 自動溶接装置（溶接装置） ５ 溶接材 ８ 開先 １１，１４〜１６，４６ 溶接状況検出装置 １２，１８〜２０，４７ 溶接状況（溶接状況信
号） １３ 撮影装置 ２２ 映像信号 ２４ 表示装置 ２５ 入力装置 ２６ 適正溶接条件 ２７ 演算制御装置（制御装置） ３０ 記録装置 ３２ 録画装置 ４２ 補修位置信号 ４５ 画像処理装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 溶接装置に設けられた溶接状況検出装置
    からの溶接状況信号が、設定された適正溶接条件の範囲
    を越えた時に、溶接の開先に向けて設けられた撮影装置
    の映像信号を前記範囲を越えた前後数フレーム分だけ画
    像処理して溶接欠陥があるかどうかを判定することを特
    徴とする溶接品質診断方法。
  2. 【請求項２】 適正溶接条件を入力する入力装置と開先
    の映像を画像処理する画像処理装置とを備え、溶接装置
    に設けられた溶接状況検出装置からの溶接状況信号が、
    入力装置からの適正溶接条件の範囲を越えた時に、溶接
    の開先に向けて設けられた撮影装置の映像信号を画像処
    理装置で画像処理して溶接欠陥かどうかを判定する制御
    装置を備えたことを特徴とする溶接品質診断装置。
  3. 【請求項３】 溶接状況検出装置として、溶接中及び溶
    接後に溶接材に発生し成長する割れや欠陥に起因する音
    波を検出するアコースティック・エミッションを備えた
    請求項２記載の溶接品質診断装置。
JP27790794A 1994-11-11 1994-11-11 溶接品質診断方法及び装置 Pending JPH08132274A (ja)

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