JPH08252669A - 高温材料の開先位置計測方法 - Google Patents
高温材料の開先位置計測方法Info
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- JPH08252669A JPH08252669A JP7055996A JP5599695A JPH08252669A JP H08252669 A JPH08252669 A JP H08252669A JP 7055996 A JP7055996 A JP 7055996A JP 5599695 A JP5599695 A JP 5599695A JP H08252669 A JPH08252669 A JP H08252669A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温材料について光切断法により高精度で開
先位置を計測することができる開先位置計測方法を提供
する。 【構成】 高温材料の開先部をスリット状レーザ光で開
先に沿って走査し、レーザ光照射部をテレビカメラで撮
像し、テレビカメラからの画像信号を画像処理して開先
位置を計測する方法において、高温材料の輻射強度スペ
クトルＳで最大輻射強度の１／１０００以下の輻射強度
となる波長λo のレーザ光で開先部を走査するととも
に、前記レーザ光の波長λo を超える波長の輻射を遮断
してレーザ照射部を撮像する。開先断面の画像が明瞭と
なり、開先位置を高精度で計測することができる。
先位置を計測することができる開先位置計測方法を提供
する。 【構成】 高温材料の開先部をスリット状レーザ光で開
先に沿って走査し、レーザ光照射部をテレビカメラで撮
像し、テレビカメラからの画像信号を画像処理して開先
位置を計測する方法において、高温材料の輻射強度スペ
クトルＳで最大輻射強度の１／１０００以下の輻射強度
となる波長λo のレーザ光で開先部を走査するととも
に、前記レーザ光の波長λo を超える波長の輻射を遮断
してレーザ照射部を撮像する。開先断面の画像が明瞭と
なり、開先位置を高精度で計測することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、熱間圧延鋼片などの
高温材料の開先位置計測方法に関する。
高温材料の開先位置計測方法に関する。
【０００２】この発明の開先位置計測方法は、たとえば
高温のシートバーやスラブなどの接合溶接において、溶
接ヘッドの倣い制御に利用される。
高温のシートバーやスラブなどの接合溶接において、溶
接ヘッドの倣い制御に利用される。
【０００３】
【従来の技術】高温材料の溶接の際に、開先位置を計測
して溶接ヘッドを倣い制御することが行われている。た
とえば、シートバーやスラブなどの鋼片の熱間圧延で
は、先行鋼片の後端部と後行鋼片の前端部とを接合する
ことが行われている。これら鋼片は、厚みが２０〜５０
mm 、幅が６００〜１８００ mm 程度である。また、鋼
片の温度は１０００℃前後である。この鋼片の接合方法
の一つとして、先行鋼片の後端面と後行鋼片の前端面と
を突き合わせ、突合せ部に沿って仮付溶接し、引き続き
仮付溶接部およびその近傍を鋼片厚み方向に圧下して両
鋼片を接合する方法が知られている。上記仮付溶接で
は、突合せ部つまり開先位置を計測し、倣い制御によっ
て溶接ヘッドを開先に沿って移動する。
して溶接ヘッドを倣い制御することが行われている。た
とえば、シートバーやスラブなどの鋼片の熱間圧延で
は、先行鋼片の後端部と後行鋼片の前端部とを接合する
ことが行われている。これら鋼片は、厚みが２０〜５０
mm 、幅が６００〜１８００ mm 程度である。また、鋼
片の温度は１０００℃前後である。この鋼片の接合方法
の一つとして、先行鋼片の後端面と後行鋼片の前端面と
を突き合わせ、突合せ部に沿って仮付溶接し、引き続き
仮付溶接部およびその近傍を鋼片厚み方向に圧下して両
鋼片を接合する方法が知られている。上記仮付溶接で
は、突合せ部つまり開先位置を計測し、倣い制御によっ
て溶接ヘッドを開先に沿って移動する。
【０００４】また、開先位置を計測する方法の一つとし
て、光切断法を利用した方法が知られている（特開平４
−２２４０７７号公報参照）。この方法では、スリット
状のレーザ光を計測対象物に投射し、投射された部分を
ＣＣＤカメラで撮像する。そして、ＣＣＤカメラからの
画像信号を画像処理して開先位置を計測する。
て、光切断法を利用した方法が知られている（特開平４
−２２４０７７号公報参照）。この方法では、スリット
状のレーザ光を計測対象物に投射し、投射された部分を
ＣＣＤカメラで撮像する。そして、ＣＣＤカメラからの
画像信号を画像処理して開先位置を計測する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】計測対象の材料が高温
である場合、光切断法による従来の開先位置計測方法で
は、開先位置の計測誤差大きいという問題があった。す
なわち、高温材料から輻射エネルギが輻射され、その波
長と強度（あるいはパワー）は図２に示すように材料の
温度に依存する。開先位置の計測に用いられるレーザ光
の出力は一般に小さく（たとえば数十mW）、波長が高温
材料の輻射の波長範囲内またはその近傍にあり、しかも
照射部から反射されたレーザ光の強度が高温材料の輻射
強度以下または同レベル程度である。したがって、高温
材料の輻射からレーザ光の画像信号を明瞭に識別するこ
とができず、計測誤差が大きい。開先位置の計測誤差が
大きいと、溶込み不良などの溶接欠陥を生じるおそれが
ある。
である場合、光切断法による従来の開先位置計測方法で
は、開先位置の計測誤差大きいという問題があった。す
なわち、高温材料から輻射エネルギが輻射され、その波
長と強度（あるいはパワー）は図２に示すように材料の
温度に依存する。開先位置の計測に用いられるレーザ光
の出力は一般に小さく（たとえば数十mW）、波長が高温
材料の輻射の波長範囲内またはその近傍にあり、しかも
照射部から反射されたレーザ光の強度が高温材料の輻射
強度以下または同レベル程度である。したがって、高温
材料の輻射からレーザ光の画像信号を明瞭に識別するこ
とができず、計測誤差が大きい。開先位置の計測誤差が
大きいと、溶込み不良などの溶接欠陥を生じるおそれが
ある。
【０００６】この発明は、高温材料について光切断法に
より高精度で開先位置を計測することができる開先位置
計測方法を提供しようとするものである。
より高精度で開先位置を計測することができる開先位置
計測方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の開先位置計測
方法は、高温材料の開先部をスリット状レーザ光で溶接
線に沿って走査し、レーザ光照射部をテレビカメラで撮
像し、テレビカメラからの画像信号を画像処理して開先
位置を計測する方法において、高温材料の輻射強度スペ
クトルで最大輻射強度の１／１０００以下の輻射強度と
なる波長のレーザ光で開先部を走査するとともに、前記
レーザ光の波長を超える波長の輻射を遮断してレーザ照
射部を撮像する。
方法は、高温材料の開先部をスリット状レーザ光で溶接
線に沿って走査し、レーザ光照射部をテレビカメラで撮
像し、テレビカメラからの画像信号を画像処理して開先
位置を計測する方法において、高温材料の輻射強度スペ
クトルで最大輻射強度の１／１０００以下の輻射強度と
なる波長のレーザ光で開先部を走査するとともに、前記
レーザ光の波長を超える波長の輻射を遮断してレーザ照
射部を撮像する。
【０００８】温度上昇によりレーザ光が長波長側にシフ
ト（たとえば０．３ nm/C ゜) する場合、計測不能を避
けるため、レーザ光の波長の１％以上長い波長の輻射を
遮断することが望ましい。また、バンドパスフィルタを
用いて、レーザ光の波長を含む帯域外の波長の輻射を遮
断するようにしてもよい。この場合、上記帯域の幅はレ
ーザ光の波長の±１％が適当である。たとえば、レーザ
光の波長が６４０ nmの場合、６３３．６ nm 未満およ
び６４６．４ nm を超える波長の輻射を遮断する。
ト（たとえば０．３ nm/C ゜) する場合、計測不能を避
けるため、レーザ光の波長の１％以上長い波長の輻射を
遮断することが望ましい。また、バンドパスフィルタを
用いて、レーザ光の波長を含む帯域外の波長の輻射を遮
断するようにしてもよい。この場合、上記帯域の幅はレ
ーザ光の波長の±１％が適当である。たとえば、レーザ
光の波長が６４０ nmの場合、６３３．６ nm 未満およ
び６４６．４ nm を超える波長の輻射を遮断する。
【０００９】この発明が適用される高温材料の温度は、
５００〜１０００℃程度である。
５００〜１０００℃程度である。
【００１０】レーザ発振器として、半導体レーザ、アル
ゴンイオンレーザ、ヘリウムカドミウムレーザなどが材
料温度に応じて選択される。レーザ光の輻射強度が上記
最大輻射強度の１／１０００を超えると、高温材料の輻
射ノイズによりＳ／Ｎが低下し、開先位置の計測誤差が
大きくなる。輻射強度スペクトルは、開先位置を計測す
るときの温度に対象材料を保持し、輻射率を測定して求
める。なお、ここで輻射強度の単位は、Ｗ／（ｍ2 ・μ
ｍ）である。
ゴンイオンレーザ、ヘリウムカドミウムレーザなどが材
料温度に応じて選択される。レーザ光の輻射強度が上記
最大輻射強度の１／１０００を超えると、高温材料の輻
射ノイズによりＳ／Ｎが低下し、開先位置の計測誤差が
大きくなる。輻射強度スペクトルは、開先位置を計測す
るときの温度に対象材料を保持し、輻射率を測定して求
める。なお、ここで輻射強度の単位は、Ｗ／（ｍ2 ・μ
ｍ）である。
【００１１】円柱レンズを用いて、円形のレーザ光をス
リット状にする。テレビカメラは、ＣＣＤカメラが適し
ている。前記レーザ光の波長を超える波長の輻射を遮断
するには、干渉フィルタなどのローパスフィルタを用い
る。レーザ光およびローパスフィルタの波長は、高温材
料からの輻射の強度スペクトルに基づいて決める。
リット状にする。テレビカメラは、ＣＣＤカメラが適し
ている。前記レーザ光の波長を超える波長の輻射を遮断
するには、干渉フィルタなどのローパスフィルタを用い
る。レーザ光およびローパスフィルタの波長は、高温材
料からの輻射の強度スペクトルに基づいて決める。
【００１２】
【作用】開先部に照射されたスリット状レーザ光は開先
面と交線を形成し、反射される。この交線は開先断面を
表し、また開先位置を示す。このレーザ照射部をテレビ
カメラで撮像し、テレビカメラからの画像信号を画像処
理して開先を検出し、開先位置を演算して求める。
面と交線を形成し、反射される。この交線は開先断面を
表し、また開先位置を示す。このレーザ照射部をテレビ
カメラで撮像し、テレビカメラからの画像信号を画像処
理して開先を検出し、開先位置を演算して求める。
【００１３】レーザ光の波長が最大輻射強度の１／１０
００以下の輻射強度を示す波長であり、この波長を超え
る、あるいはレーザ光の波長を含む帯域外の波長の輻射
を遮断してレーザ照射部を撮像する。したがって、高温
材料の輻射強度は照射部で反射されたレーザ光の強度の
１／１００以下となり、テレビカメラの感光面に入力さ
れる画像信号は、レーザ光の反射像の画像信号が高温材
料からの輻射ノイズに比べて優勢となる。この結果、開
先断面の画像が明瞭となり、開先位置が高精度で計測さ
れる。
００以下の輻射強度を示す波長であり、この波長を超え
る、あるいはレーザ光の波長を含む帯域外の波長の輻射
を遮断してレーザ照射部を撮像する。したがって、高温
材料の輻射強度は照射部で反射されたレーザ光の強度の
１／１００以下となり、テレビカメラの感光面に入力さ
れる画像信号は、レーザ光の反射像の画像信号が高温材
料からの輻射ノイズに比べて優勢となる。この結果、開
先断面の画像が明瞭となり、開先位置が高精度で計測さ
れる。
【００１４】
【実施例】熱間圧延シートバー接合における開先位置計
測を例として、この発明の実施例を説明する。
測を例として、この発明の実施例を説明する。
【００１５】図３は、シートバー接合設備に設けられた
開先位置計測装置の概略を示す斜視図である。
開先位置計測装置の概略を示す斜視図である。
【００１６】シートバー１、３の先端部および後端部は
走間シャー（図示しない）でバー幅方向に沿って切り落
とされ、接合面が形成される。シートバー１、３は構造
用鋼ＳＳ４１であり、長さが５０m 、幅が９００ mm 、
厚みは３０ mm である。また、シートバー１、３の温度
は７２７℃である。シートバー１、３はこれの長手方向
Ａに送られ、その送り速度は９０m/min である。先行シ
ートバー１の後端面と後行シートバー３の前端面とを突
き合わせ、この突合せ部に沿ってレーザ溶接で突合せ部
を仮付溶接７する。レーザはＣＯ2 レーザであり、溶接
用レーザ発振器１１の定常出力は４５ kW である。溶接
ヘッド１５はシートバー１、３とともに移動するととも
にバー幅方向Ｂにも移動する。溶接ヘッド１３は集光レ
ンズ１５でレーザビームを所要のスポット径に集光す
る。溶接速度は１０ m/minであり、ビード幅は２．５ m
m である。仮付溶接に引き続いて、圧延ロール（図示し
ない）により、シートバー１、３をシートバー厚み方向
に圧下して接合する。圧下率は、３０％である。
走間シャー（図示しない）でバー幅方向に沿って切り落
とされ、接合面が形成される。シートバー１、３は構造
用鋼ＳＳ４１であり、長さが５０m 、幅が９００ mm 、
厚みは３０ mm である。また、シートバー１、３の温度
は７２７℃である。シートバー１、３はこれの長手方向
Ａに送られ、その送り速度は９０m/min である。先行シ
ートバー１の後端面と後行シートバー３の前端面とを突
き合わせ、この突合せ部に沿ってレーザ溶接で突合せ部
を仮付溶接７する。レーザはＣＯ2 レーザであり、溶接
用レーザ発振器１１の定常出力は４５ kW である。溶接
ヘッド１５はシートバー１、３とともに移動するととも
にバー幅方向Ｂにも移動する。溶接ヘッド１３は集光レ
ンズ１５でレーザビームを所要のスポット径に集光す
る。溶接速度は１０ m/minであり、ビード幅は２．５ m
m である。仮付溶接に引き続いて、圧延ロール（図示し
ない）により、シートバー１、３をシートバー厚み方向
に圧下して接合する。圧下率は、３０％である。
【００１７】開先位置計測装置の計測用レーザ発振器２
１は、波長６３９ nm 、出力３０ mW の半導体レーザで
ある。計測ヘッド２３は、計測用レーザ発振器２１から
のレーザビームを円柱レンズ２５によりスリット状レー
ザ光２６とし、開先部５を照射する。スリット状レーザ
光２６の幅は０．２ mm であり、長さは３０ mm であ
る。
１は、波長６３９ nm 、出力３０ mW の半導体レーザで
ある。計測ヘッド２３は、計測用レーザ発振器２１から
のレーザビームを円柱レンズ２５によりスリット状レー
ザ光２６とし、開先部５を照射する。スリット状レーザ
光２６の幅は０．２ mm であり、長さは３０ mm であ
る。
【００１８】スリット状レーザ光２６の照射により形成
された開先断面像２７は、３００ mm 離れた位置からＣ
ＣＤカメラ３１で撮像される。ＣＣＤカメラ３１は干渉
フィルタ３３を備えており、干渉フィルタ３３は遮断波
長６４０ nm のローパスフィルタである。
された開先断面像２７は、３００ mm 離れた位置からＣ
ＣＤカメラ３１で撮像される。ＣＣＤカメラ３１は干渉
フィルタ３３を備えており、干渉フィルタ３３は遮断波
長６４０ nm のローパスフィルタである。
【００１９】図１は、ＣＣＤカメラ３１の光電変換面で
の光強度スペクトルを示している。図１において、曲線
Ｓはシートバーの輻射強度を示しており、鎖線の部分は
ローパスフィルタで遮断された波長の輻射強度を示して
いる。また、太線Ｌはレーザ光の反射強度を示してい
る。レーザ光の波長λo でのシートバーの輻射強度は、
その最大値の約１／１００００である。曲線Ｓの実線部
分から下の部分ｓの面積は、単位面積・単位時間当たり
の輻射エネルギ(W/m2 ) を表すが、これはレーザ光の反
射光のものに比べて１％以下である。したがって、開先
断面を明瞭な画像として検出することができる。
の光強度スペクトルを示している。図１において、曲線
Ｓはシートバーの輻射強度を示しており、鎖線の部分は
ローパスフィルタで遮断された波長の輻射強度を示して
いる。また、太線Ｌはレーザ光の反射強度を示してい
る。レーザ光の波長λo でのシートバーの輻射強度は、
その最大値の約１／１００００である。曲線Ｓの実線部
分から下の部分ｓの面積は、単位面積・単位時間当たり
の輻射エネルギ(W/m2 ) を表すが、これはレーザ光の反
射光のものに比べて１％以下である。したがって、開先
断面を明瞭な画像として検出することができる。
【００２０】ＣＣＤカメラ３１からの画像信号は、画像
処理装置３５に入力される。画像処理装置３５は画像信
号をＡ／Ｄ変換、画像の平滑化、エッジ抽出、画像強調
などの通常の画像処理を行い、開先断面を検出する。検
出結果に基づいて開先位置を演算により求める。
処理装置３５に入力される。画像処理装置３５は画像信
号をＡ／Ｄ変換、画像の平滑化、エッジ抽出、画像強調
などの通常の画像処理を行い、開先断面を検出する。検
出結果に基づいて開先位置を演算により求める。
【００２１】求めた開先位置は、倣い制御装置３７に出
力される。倣い制御装置３７は画像処理装置３５からの
信号に基づき溶接ヘッド１３の位置修正量を演算し、溶
接ヘッド１３の駆動装置（図示しない）に操作信号を出
力する。
力される。倣い制御装置３７は画像処理装置３５からの
信号に基づき溶接ヘッド１３の位置修正量を演算し、溶
接ヘッド１３の駆動装置（図示しない）に操作信号を出
力する。
【００２２】上記装置により開先位置を計測した結果、
開先位置の計測誤差は±０．１ mmであった。また、開
先位置計測結果に基づく溶接ヘッドの倣い位置誤差は±
０．２ mm であった。比較として、レーザ発振器として
ヘリウムネオンレーザを用い、ローパスフィルタなしで
ＣＣＤカメラにより開先位置を計測した。その結果、開
先位置の計測誤差は±１．０ mm であった。
開先位置の計測誤差は±０．１ mmであった。また、開
先位置計測結果に基づく溶接ヘッドの倣い位置誤差は±
０．２ mm であった。比較として、レーザ発振器として
ヘリウムネオンレーザを用い、ローパスフィルタなしで
ＣＣＤカメラにより開先位置を計測した。その結果、開
先位置の計測誤差は±１．０ mm であった。
【００２３】
【発明の効果】この発明では、高温材料の輻射スペクト
ルに基づき選択した波長のレーザ光を用いるとともに、
高温材料の輻射を遮断してレーザ照射部を撮像する。し
たがって、テレビカメラの感光面に入力される画像信号
は、レーザ光の反射像の画像信号が高温材料からの輻射
ノイズに比べて優勢となる。この結果、開先断面の画像
が明瞭となり、開先位置を高精度で計測することができ
る。さらに、溶接倣い制御が高精度となり、溶接欠陥の
発生を防ぐことができる。
ルに基づき選択した波長のレーザ光を用いるとともに、
高温材料の輻射を遮断してレーザ照射部を撮像する。し
たがって、テレビカメラの感光面に入力される画像信号
は、レーザ光の反射像の画像信号が高温材料からの輻射
ノイズに比べて優勢となる。この結果、開先断面の画像
が明瞭となり、開先位置を高精度で計測することができ
る。さらに、溶接倣い制御が高精度となり、溶接欠陥の
発生を防ぐことができる。
【図１】この発明の開先位置計測方法において、ＣＣＤ
カメラの受光面における光の強度スペクトルである。
カメラの受光面における光の強度スペクトルである。
【図２】高温材料の輻射強度スペクトルである。
【図３】この発明の開先位置計測方法を実施する設備の
一例を示す斜視図である。
一例を示す斜視図である。
１ 先行鋼片 ３ 後行鋼片 ５ 開先部 ７ 仮付溶接 １１ 溶接用レーザ発振器 １３ 溶接ヘッド １５ 集光レンズ ２１ 計測用レーザ発振器 ２３ 計測ヘッド ２５ 円柱レンズ ２６ スリット状レーザ光 ２７ 開先断面像 ３１ ＣＣＤカメラ ３３ ローパスフィルタ ３５ 画像処理装置 ３７ 倣い制御装置
Claims (4)
- 【請求項１】 高温材料の開先部をスリット状レーザ光
で溶接線に沿って走査し、レーザ光照射部をテレビカメ
ラで撮像し、テレビカメラからの画像信号を画像処理し
て開先位置を計測する方法において、高温材料の輻射強
度スペクトルで最大輻射強度の１／１０００以下の輻射
強度となる波長のレーザ光で開先部を走査するととも
に、前記レーザ光の波長を超える波長の輻射を遮断して
レーザ照射部を撮像することを特徴とする高温材料の開
先位置計測方法。 - 【請求項２】 前記レーザ光の波長に対して１％以上長
い波長の輻射を遮断する請求項１記載の高温材料の開先
位置計測方法。 - 【請求項３】 高温材料の開先部をスリット状レーザ光
で溶接線に沿って走査し、レーザ光照射部をテレビカメ
ラで撮像し、テレビカメラからの画像信号を画像処理し
て開先位置を計測する方法において、高温材料の輻射強
度スペクトルで最大輻射強度の１／１０００以下の輻射
強度となる波長のレーザ光で開先部を走査するととも
に、前記レーザ光の波長を含む帯域外の波長の輻射を遮
断してレーザ照射部を撮像することを特徴とする高温材
料の開先位置計測方法。 - 【請求項４】 前記帯域の幅がレーザ光の波長の±１％
である請求項３記載の高温材料の開先位置計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7055996A JPH08252669A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 高温材料の開先位置計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7055996A JPH08252669A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 高温材料の開先位置計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08252669A true JPH08252669A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=13014700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7055996A Pending JPH08252669A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 高温材料の開先位置計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08252669A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008275272A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Fujikura Ltd | 高温物体の観察装置及び観察方法 |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP7055996A patent/JPH08252669A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008275272A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Fujikura Ltd | 高温物体の観察装置及び観察方法 |
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