JPH08174217A - 自動溶接方法およびその装置 - Google Patents

自動溶接方法およびその装置

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JPH08174217A
JPH08174217A JP6324474A JP32447494A JPH08174217A JP H08174217 A JPH08174217 A JP H08174217A JP 6324474 A JP6324474 A JP 6324474A JP 32447494 A JP32447494 A JP 32447494A JP H08174217 A JPH08174217 A JP H08174217A
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JP
Japan
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welding
arc
torch
image
condition
Prior art date
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JP6324474A
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English (en)
Inventor
Noboru Fukuhara
昇 福原
Akira Sueda
明 末田
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融池形状、ワイヤ先端、開先形状、ビード
形状およびトーチ位置などが明確に写った鮮明画像を得
ることによって、溶接条件を厳密に制御する方法につい
て提案する。 【構成】 シールドガスの遮蔽下で発生させたアークに
よって溶接を行うに当たり、該溶接に適合する撮像条件
にてアークおよび溶融池とその近傍を撮影し、得られた
鮮明画像から読み取った情報に基づいて、溶接条件を適
正に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガスアーク(CO2)
溶接、MIG あるいはMAG 等のガスシールドアーク溶接、
とりわけ消耗電極を用いるガスシールドアーク溶接によ
る自動溶接方法およびその装置に関して、特に溶接状況
の観察によって溶接条件の適宜修正を実現しようとする
ものである。
【0002】
【従来の技術】溶接作業中は、溶融池の形状やワイヤの
狙い位置、開先形状あるいはビードの形状を観察しつ
つ、これらの状況変化に対応して溶接条件の修正を行う
ことが、適正な溶接を行う上で不可欠である。これにつ
いて、従来は一般に、溶接者が直接アークスポット近傍
で遮光面を用いて観察していた。しかし、この種の作業
は、健康に有害な作業環境であったり、また現場溶接で
は上記観察が困難となる場合が多かった。
【0003】そこで、特公平5−141 号公報では、アー
ク映像およびアーク音をモニタリングして溶接条件を調
節することが提案され、アークスポット近傍での直接観
察は必ずしも必要ではなくなった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記既
知技術における溶接条件は、音および映像をモニターし
たオペレーターの判断に基づいて調節されるので、その
判断や条件設定はオペレーターの技能に負うところが大
きく、溶接後の継手部の品質、いわゆる溶接品質を高水
準に保つことが難しいところに問題があった。特に、従
来のCCDカメラを用いたアーク観察では、アークスポ
ットの発光強度が顕著であるため、観察対象である、溶
融池形状、開先形状またはビード形状等を同時に認識で
きるほど鮮明な画像を得ることが困難であったため、こ
れが溶接品質を低下する一因となっていた。
【0005】そこで、本発明の目的は、溶融池形状、ワ
イヤ先端位置、開先形状、ビード形状およびトーチ位置
などが明確である鮮明画像を得ることによって、溶接条
件をより厳密に制御し、溶接品質を一層改善する方法に
ついて提案することにある。また、本発明の他の目的
は、上記の方法に直接使用する溶接装置を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、シールドガス
の遮蔽下で発生させたアークによって溶接を行うに当た
り、該溶接に適合する撮像条件にてアークおよび溶融池
とその近傍を撮影し、得られた画像から読み取った情報
に基づいて、溶接条件(トーチの移動を含む)を適正に
制御することを特徴とする自動溶接方法である。
【0007】ここで、撮像条件は、カメラ、該カメラに
装着する光学フィルターおよび照明のいずれか少なくと
も1条件を変化させて溶接に適合させることが望まし
い。また、溶接条件として、ワイヤ先端位置、アーク
長、溶着量およびトーチ高さのいずれか1つまたは2つ
以上を制御することが、実施に当たり有利である。
【0008】また、上記の方法には、ワイヤ供給装置を
搭載しかつアーク発生用のトーチを移動可能に設置した
自動溶接機と、該トーチのアーク発生域に指向して配置
した撮像ならびに照明の各装置とをそなえ、該撮像装置
から得られた画像を解析する画像処理器、画像の解析結
果と溶接条件とを比較する溶接条件比較演算器、そして
画像処理器および/または溶接条件比較演算器から得ら
れた情報に従って溶接条件(トーチの移動を含む)を制
御する制御盤からなることを特徴とする自動溶接装置が
有利に適合する。
【0009】ここで、撮像装置は、透過率が10%のニュ
ートラルデンシティフィルターと540 nm以下の波長域光
を遮断するシャープカットフィルターとを組み合わせ
た、観察波長域が550 〜700 nmの光学フィルターを装着
してなることが、実施に当たり有利である。
【0010】さて、図1(a) に本発明の方法に使用する
溶接機を示す。図示例は、母材1の溶接部、すなわち開
先2に沿って走行可能に設置した溶接ヘッド3に、シー
ルドガスによる遮蔽下にアークを発生するトーチ4を、
開先2の幅方向および上下方向に移動可能に取付けた自
動溶接装置であり、母材1とトーチ4との間に電圧を供
給する溶接電源5、トーチ4にワイヤ6を供給するワイ
ヤ送給装置7、このワイヤ送給装置7のワイヤ送給量お
よび溶接ヘッド3並びにトーチ4の移動を制御する制御
盤8をそなえる。
【0011】さらに、溶接中のアークおよび溶融池とそ
の近傍を撮像するために、図1(b)に示す配置とした、
アーク周辺を照らす照明9および光学フィルターを装着
したCCDカメラ10をそなえ、これらは、溶接ヘッド3
とともに移動可能に設置する。そして、CCDカメラ10
からの画像を、画像処理器11に送って解析し、種々の情
報を読み取り、これらの情報を溶接条件比較演算器12に
て各適正条件と比較し、適正範囲から外れた項目がある
ときは、上記溶接電源5および/または制御盤8に指令
を送り、適正範囲から外れた溶接条件(トーチの移動を
含む)を適宜制御する。あるいは、溶接条件比較演算器
12による処理を経ることなく、上記画像処理器11から情
報を読み取ったあと、溶接電源5および/または制御盤
8を作業者が直接操作して適正な溶接条件(トーチの移
動を含む)に制御することもできる。
【0012】具体的には、制御フローを図3に示すよう
に、溶接中にCCDカメラ10から得られる、図2(a) に
示すような画像を取得し(ステップ1)、次いで画像処
理器11にて解析して(ステップ2)、ワイヤ6の先端位
置P1 を求め、溶接条件比較演算器12がビード止端位置
(P2 ±α)との不一致を認めた場合には、信号を制御
盤8に送り、制御盤8からの指令によってトーチ4を開
先2の幅方向に移動する、すなわちウィービングのため
のモータM1 を作動させ(ステップ3)、ワイヤ6の先
端位置P1 とビード止端位置(P2 ±α)とを一致させ
る。ここで、ビード止端位置(P2 ±α)のαは、例え
ば約2mmとすればよい。
【0013】また、画像処理器11にて取得画像からアー
ク長Aを求めて(ステップ2)、溶接条件比較演算器12
が適切なアーク長から外れていると判断した場合は、制
御盤8からの信号にて溶接電源5による電圧を調整する
(ステップ3)。
【0014】同様に、取得画像から、開先残り代h′か
ら換算して適正なビード高さhを求めるとともに、溶融
池形状の幅Wおよび長さL{図2(b) 参照}を求めて
(ステップ2)、これらから必要な溶着量が得られるよ
うに、すなわち W×L=C ただし、Cは溶接姿勢およびパスNo.ごとに適正値を実
験で求めておく。になるように、溶接ヘッド3を溶接進
行方向に移動させるためのモータM2 を作動させ、溶接
ヘッド走行速度を調整するか、電流量を調整する(ステ
ップ3)。
【0015】さらに、取得画像から距離dおよびlを求
めて(ステップ2)、これらが所定範囲にない場合は、
トーチ4を上下方向に移動するためのモータM3 を作動
させ(ステップ3)、トーチ4と母材1との干渉を防止
する。
【0016】
【作用】上記した溶接条件の種々の制御を正確に行うた
めには、溶接条件の制御の基となる情報が取得画像から
明確に読み取れることであり、このためには、取得画像
が鮮明であることが肝要である。そこで、各溶接に適合
する撮像条件にてアークおよび溶融池とその近傍を撮影
することが必要になり、本発明では、カメラ、該カメラ
に装着する光学フィルターおよび照明のいずれか少なく
とも1条件を変化させて溶接に適合させることが好まし
い。
【0017】従って、カメラは可視領域から近赤外領域
(800 nm程度)までの観察波長領域を持つものが望まし
い。また、照明はカメラに光学フィルターが装着された
状態で開先形状およびビード形状を認識するために用い
られる。照明光もフィルターで減光されるため、発光波
長領域として近赤外域発光が顕著で、その発光強度も高
いものを使用するのが望ましい。具体的には、発光波長
域が600 〜800 nmでピークを持つ照明光が好ましい。
【0018】一方、光学フィルターの選択は、鮮明画像
を得るのには不可欠の要素であり、実際、取得画像の質
が光学フィルターによって左右されることを新たに知見
したことも、本発明の完成に寄与するところである。す
なわち、CCDカメラに次に示す仕様の光学フィルター
を取り付けることによって、鮮明画像を得られることが
判明した。
【0019】以下に、光学フィルターに関する知見を得
るに到った実験結果について詳述する。先ず、アーク光
の発光分析結果を図4に、溶融池の発光分析結果を図5
に、それぞれ示すように、アーク光は主に短波長側で強
く、一方溶融池は長波長側で強く発光していた。この結
果から、アーク光強度の強い波長域を遮光し、溶融池か
らの発光強度の強い波長域において観察を行うことによ
って、アーク光に幻惑されずに溶融池の観察を行うこと
が可能であることがわかる。
【0020】ここで、CCDカメラの分光感度特性は、
図6に示すように、400 〜800 nmであり、また、上記し
た図4および5の結果から、溶接時の観察波長域は550
〜700 nmが適切であるから、この波長域のカメラの感度
を設定するための光学フィルターを新たに装着すること
が有利であり、その光学フィルターの特性について鋭意
検討したところ、表1に示す仕様の光学フィルターの組
み合わせが適合することが判明した。
【0021】
【表1】
【0022】表1に示した、各フィルターの役割は、ニ
ュートラルデンシティフィルターがアーク光を観察の障
害とならない程度、すなわち全光量の10%にまで減光
し、シャープカットフィルターがアーク光の強度が大き
い540 nm以下の波長域の光を遮断することにある。これ
らの組み合わせのフィルターを装着することによって、
カメラの分光感度特性は、図7に示すようになる。
【0023】以上、本発明について述べたが、本発明に
よる方法および装置は、言うまでもなく、溶接金属の種
類、開先形状、溶接姿勢等の諸条件によって影響される
ものではなく、これらの条件がいかなる場合であっても
適用されるものである。
【0024】
【実施例】図1に示した溶接機を用いて、表2に示す条
件下での溶接を実施するに当たり、表1に示した仕様の
光学フィルターを装着したCCDカメラによってアーク
光まわりを撮影し、得られた画像に基づいて、図3に示
した制御を行って、表3に示すように溶接条件を調整し
たところ、ビード形状が良くかつ融合不良が少ない、高
品質の溶接を安定して実現できた。
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、溶融池形状、ワイヤ狙
い位置、開先形状およびビード形状などが明確に写った
鮮明画像が得られるから、この画像からの情報に基づい
て溶接条件を厳密に制御することが可能であり、高品質
の溶接加工が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う溶接装置を示す模式図である。
【図2】取得画像を示す模式図である。
【図3】制御フローを示す図である。
【図4】アーク光の発光分析結果を示す図である。
【図5】溶融池の発光分析結果を示す図である。
【図6】CCDカメラの分光感度特性を示す図である。
【図7】新たなフィルターを装着したCCDカメラの分
光感度特性を示す図である。
【符号の説明】
1 母材 2 開先 3 溶接ヘッド 4 トーチ 5 溶接電源 6 ワイヤ 7 ワイヤ送給装置 8 制御盤 9 照明 10 CCDカメラ 11 画像処理器 12 溶接条件比較演算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 9/127 B 8315−4E G06T 7/00

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シールドガスの遮蔽下で発生させたアー
    クによって溶接を行うに当たり、該溶接に適合する撮像
    条件にてアークおよび溶融池とその近傍を撮影し、得ら
    れた画像から読み取った情報に基づいて、溶接条件を適
    正に制御することを特徴とする自動溶接方法。
  2. 【請求項2】 撮像条件は、カメラ、該カメラに装着す
    る光学フィルターおよび照明のいずれか少なくとも1条
    件を変化させて溶接に適合させる請求項1に記載の自動
    溶接方法。
  3. 【請求項3】 溶接条件として、ワイヤ先端位置、アー
    ク長、溶着量およびトーチ高さのいずれか1つまたは2
    つ以上を制御する請求項1に記載の自動溶接方法。
  4. 【請求項4】 ワイヤ供給装置を搭載しかつアーク発生
    用のトーチを移動可能に設置した自動溶接機と、該トー
    チのアーク発生域に指向して配置した撮像ならびに照明
    の各装置とをそなえ、該撮像装置から得られた画像を解
    析する画像処理器と、画像の解析結果と溶接条件とを比
    較する溶接条件比較演算器と、そして画像処理器および
    /または溶接条件比較演算器から得られた情報に従って
    溶接条件を制御する制御盤からなることを特徴とする自
    動溶接装置。
  5. 【請求項5】 撮像装置は、透過率が10%のニュートラ
    ルデンシティフィルターと540 nm以下の波長域光を遮断
    するシャープカットフィルターとを組み合わせた、観察
    波長域が550 〜700 nmの光学フィルターを装着してなる
    ことを特徴とする請求項4に記載の自動溶接装置。
JP6324474A 1994-12-27 1994-12-27 自動溶接方法およびその装置 Pending JPH08174217A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100313484B1 (ko) * 1999-06-18 2001-11-15 김형벽ㅂ 정전압 특성을 이용한 용접부 개선 단면적 변화에 대한 최적용착량 자동제어방법
WO2006009201A1 (ja) * 2004-07-22 2006-01-26 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. 溶接部可視化方法及び装置
KR101683044B1 (ko) * 2015-11-24 2016-12-12 한국생산기술연구원 용융지 면적을 균일화하는 자동용접장치
CN111168196A (zh) * 2020-01-07 2020-05-19 北京博清科技有限公司 爬行焊接机器人的控制方法、机器人及存储介质
CN113125013A (zh) * 2019-12-31 2021-07-16 中国石油天然气集团有限公司 焊接监测装置及焊接监测系统

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