JPH08276270A - Copy welding method - Google Patents

Copy welding method

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JPH08276270A
JPH08276270A JP7099793A JP9979395A JPH08276270A JP H08276270 A JPH08276270 A JP H08276270A JP 7099793 A JP7099793 A JP 7099793A JP 9979395 A JP9979395 A JP 9979395A JP H08276270 A JPH08276270 A JP H08276270A
Authority
JP
Japan
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welding
image
groove
light
laser
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7099793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Maeda
剛 前田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH08276270A publication Critical patent/JPH08276270A/en
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Abstract

PURPOSE: To enable the accurate copy welding by extracting the coordinates of the feature point of the groove through the approximate processing of the light cutting image, and putting the initializing set value at the position of the center of gravity of the image of the molten pool image to correct the position of the wire tip of a welding torch. CONSTITUTION: A welding truck 2 is horizontally moved along a traveling rail 4 which is installed approximately parallel to the joint groove of a material to be welded. A welding torch 3 supported by a welding arm 5 is arranged at the lower part of the welding truck 2, and a longitudinally moving means 6, a vertically moving means 7, and a horizontally turning means 8 are operated by a welding equipment control device 9. A sensor unit 11 detects the groove shape or the position of the wire tip of the welding torch 3, and is provided with a laser beam irradiation equipment and a photographing equipment for the image of the molten pool. An image processor 15 extracts the coordinates of the feature point of the groove from the light cutting image through the straight line and curved line approximation, and the wire tip position is calculated by putting the initializing value to the point of the center of gravity of the image of the molten pool, and controlled by the welding equipment control means 9. The accurate copy welding can be achieved thereby.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、横向き姿勢や下向き姿
勢の継手開先を倣いながら溶接する倣い溶接方法及び装
置に係り、特にレーザ光及び光学系等を利用して溶接倣
いを自動で行う倣い溶接方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a profile welding method and apparatus for welding while following a joint groove in a lateral position or a downward position, and in particular, it automatically performs a welding profile using a laser beam and an optical system. The present invention relates to a copy welding method.

【0002】[0002]

【従来の技術】高炉の炉体強度は鉄皮強度に依存してい
るため、高炉改修工事において、鉄皮溶接を高品質に行
うことが要望される。しかし、近年、熟練溶接工の確保
は難しく、且つ高炉鉄皮は厚板であるので、溶接品質を
均一化し、溶接能率を向上させるため、鉄皮溶接の自動
化が図られている。
2. Description of the Related Art Since the strength of the furnace body of a blast furnace depends on the strength of the steel shell, it is desired to perform high-quality steel shell welding in the blast furnace repair work. However, in recent years, it is difficult to secure a skilled welder, and since the blast furnace iron shell is a thick plate, automation of the iron shell welding has been attempted in order to make the welding quality uniform and improve the welding efficiency.

【0003】従来より、この種の自動化技術として、レ
ーザ光及び光学系等を利用して溶接倣いを自動で行う技
術が種々提案されており、例えば、特開平2−3428
0号公報(以下、「引用例1」という。)に開示されて
いる「アーク溶接撮影方法」に関する発明と、特公平3
−16226号公報(以下、「引用例2」という。)に
開示されている「溶接位置検出装置」に関する発明が挙
げられる。
Conventionally, as this kind of automation technology, various technologies have been proposed for automatically performing welding copying using a laser beam, an optical system, etc., for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-3428.
Invention relating to the "arc welding imaging method" disclosed in Japanese Patent Publication No. 0 (hereinafter referred to as "Citation 1") and Japanese Patent Publication No.
The invention relating to the "welding position detecting device" disclosed in Japanese Patent Publication No. -16226 (hereinafter referred to as "Citation 2") can be mentioned.

【0004】引用例1には、「溶接電源からの電流を1
/2000〜1/10秒間遮断する動作を繰り返し行
い、上記時間に同期させて電流遮断時間中にテレビカメ
ラのシャッタを開閉する操作を行う。」旨が開示されて
いる。
In the reference example 1, "current from the welding power source is 1
The operation of shutting off for / 2000 to 1/10 seconds is repeated, and the operation of opening and closing the shutter of the television camera is performed during the current shutoff time in synchronization with the above time. Is disclosed.

【0005】即ち、引用例1は、溶接電流を短時間遮断
することにより、アーク光が減光している間に撮影して
アーク,プール,ビードおよび開先を良好に撮影しよう
とするものである。
That is, the reference example 1 is intended to photograph the arc, the pool, the bead and the groove satisfactorily by cutting off the welding current for a short time so that the arc light is dimmed. is there.

【0006】また、引用例2には、「アークを観測用光
学系で観測する一方で、アーク点近傍の開先面に線状集
光光線を照射させ、その反射光を上記観測用光学系でア
ーク観測と同時に観測するように光学系を配置すること
で、アーク画像と開先光切断画像を1つの観測用光学系
の2次元光位置検出器の視野内に直接入るようにし、上
記両画像が同時に検出される。」旨が開示されている。
Further, in the second reference, "While observing an arc with an observation optical system, a linear converging light beam is irradiated on the groove surface near the arc point, and the reflected light is reflected by the observation optical system. By arranging the optical system so that it is observed at the same time as the arc observation, the arc image and the groove light cutting image are directly brought into the field of view of the two-dimensional optical position detector of one observation optical system. The images are detected at the same time. "

【0007】即ち、引用例2は、線状集光光線照射用及
び観測用のそれぞれの光学系を配置し、アーク画像と開
先光切断像を観測用光学系の視野に直接検出させること
により、溶接の倣い精度の向上と装置の小型化を図るも
のである。
That is, in the reference example 2, by arranging optical systems for irradiating the linear condensed light beam and for observing, and detecting the arc image and the groove light cutting image directly in the visual field of the observing optical system. The aim is to improve the welding copying accuracy and downsize the apparatus.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、引用例1に
あっては、溶接トーチのワイヤ先端位置を正確に検出す
ることができないため、溶接熱による開先の形状変形や
ワイヤ先端の曲がり等に対応し難く、精密な倣い溶接を
行うことができないという問題があった。
By the way, in the reference example 1, since the position of the wire tip of the welding torch cannot be accurately detected, the shape of the groove and the bending of the wire tip due to welding heat are not detected. There is a problem that it is difficult to cope with and precise copy welding cannot be performed.

【0009】また、引用例2にあっては、アーク光をフ
ィルタにより遮断しているが、依然としてその影響を完
全に取り除くことは困難であった。さらに、画像処理を
行う際にも、溶接スパッタが画像内に散乱し、その影響
を取り除くことが困難であった。
Further, in the second reference example, the arc light is blocked by the filter, but it is still difficult to completely remove the influence. Furthermore, when performing image processing, it was difficult to remove the influence of welding spatter scattered in the image.

【0010】従って、アーク光及びスパッタの影響を回
避するために、レーザ照射部と溶接部とをある程度離す
必要があり、その反面、これらの間の距離が増大すると
開先の熱変形やワイヤ先端の曲がり等に対応し難くな
り、精密な倣い溶接を行うことができないという問題が
あった。
Therefore, in order to avoid the influence of arc light and spatter, it is necessary to separate the laser irradiation portion and the welding portion to some extent, but on the other hand, if the distance between them increases, thermal deformation of the groove and the tip of the wire will occur. However, there is a problem in that it is difficult to cope with the bending and the like, and it is impossible to perform precise copy welding.

【0011】本発明の目的は、上記課題に鑑み、高出力
パルスレーザ線状光に対してアーク光、溶融池放射光を
相対的に低減させることができ、且つ、開先の熱変形や
ワイヤ先端の曲がり等に対応させるべくレーザ照射部と
溶接部とを近接させても、アーク光及びスパッタの影響
を完全に回避することができ、極めて精密な溶接倣いを
行うことができる倣い溶接方法を提供することにある。
In view of the above problems, an object of the present invention is to relatively reduce the arc light and the molten pool radiation light with respect to the high-power pulse laser linear light, and also to obtain the thermal deformation of the groove and the wire. Even if the laser irradiation part and the welded part are brought close to each other to cope with bending of the tip, etc., the influence of arc light and spatter can be completely avoided, and a profile welding method capable of performing extremely precise welding copying is provided. To provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明に係る倣い溶接方法は、溶接電圧の低下を検出し
た時に、高出力パルスレーザを発生するレーザ光照射装
置から上記溶接トーチの進行方向前方の直近に位置する
開先にレーザ線状光を照射すると共に、撮像装置の高速
電子シャッタを開放して、干渉ファイルタを透して光切
断像及び溶融池画像を撮像し、光切断像を近似処理して
開先特徴点座標を抽出すると共に、溶融池画像の重心点
に初期設定値を加えてワイヤ先端位置を算出し、これら
に基づいて溶接トーチのワイヤ先端位置を補正するよう
にしたものである。
In order to achieve the above object,
The profiling welding method according to the present invention, when detecting a decrease in welding voltage, a laser linear light is emitted from a laser light irradiation device that generates a high-power pulse laser to a groove located immediately in front of the traveling direction of the welding torch. At the same time as irradiating, the high-speed electronic shutter of the imaging device is opened, the light cut image and the molten pool image are picked up through the interference filer, and the light cut image is approximated to extract the groove feature point coordinates. The wire tip position is calculated by adding an initial setting value to the center of gravity of the molten pool image, and the wire tip position of the welding torch is corrected based on these values.

【0013】上記構成において、上記溶接電圧の低下
は、短絡アーク溶接の溶滴短絡移行時又はパルスアーク
溶接の電源電流遮断時に生じるものである。
In the above structure, the decrease of the welding voltage occurs when the droplet is short-circuited during short-circuit arc welding or when the power supply current is interrupted during pulse arc welding.

【0014】好ましくは、上記高出力パルスレーザが、
1〜200Wの出力に設定されているものである。
Preferably, the high power pulse laser is
The output is set to 1 to 200 W.

【0015】また、好ましくは、上記レーザ線状光が、
溶接トーチの進行方向前方30〜100mmに位置する
開先に照射されるものである。
Preferably, the laser linear light is
The groove is positioned 30 to 100 mm forward of the welding torch in the traveling direction.

【0016】さらに、好ましくは、上記高速電子シャッ
タのシャッタ速度が、0.1〜1msecに設定されて
いるものである。
Furthermore, it is preferable that the shutter speed of the high-speed electronic shutter is set to 0.1 to 1 msec.

【0017】そして、好ましくは、上記干渉フィルタ
が、当該レーザ光の波長±10nm以下に設定されるも
のである。
Preferably, the interference filter is set to have a wavelength of the laser beam of ± 10 nm or less.

【0018】加えて、好ましくは、上記光切断像及び溶
融池画像を複数回撮像し、各画像を2値化後、論理積演
算処理により開先特徴点座標を抽出するようにしたもの
である。
In addition, preferably, the light section image and the molten pool image are picked up a plurality of times, each image is binarized, and the groove feature point coordinates are extracted by a logical product calculation process. .

【0019】また、好ましくは、上記溶融池画像の重心
点と中心点との座標差を算出し、この算出値に基づいて
溶接条件を制御するようにしたものである。
Preferably, the coordinate difference between the center of gravity and the center of the molten pool image is calculated, and the welding conditions are controlled based on this calculated value.

【0020】さらに、好ましくは、上記開先手前および
開先奥における溶接電流の平均値の比が所定値以上にな
った場合にワイヤ先端位置が開先奥にあると判定し、こ
れに基づいて溶接トーチのワイヤ先端位置を補正するよ
うにしたものである。
Further, preferably, when the ratio of the average value of the welding currents before and after the groove becomes a predetermined value or more, it is judged that the wire tip position is at the groove back, and based on this. The position of the wire tip of the welding torch is corrected.

【0021】[0021]

【作用】上記倣い溶接方法の構成によれば、溶接電圧の
低下を検出した時に、高出力パルスレーザを発生するレ
ーザ光照射装置からレーザ線状光を照射すると共に、撮
像装置の高速電子シャッタを開放して光切断像及び溶融
池画像を撮像している。これは、極めて短時間にレーザ
光を発光させて、その瞬間のみ電子シャッタを開放する
ことにより、レーザ光の強度を上げて、強烈なアーク
光、溶融池放射光等を相対的に低減させ、その影響を取
り除くものである。
According to the above-described structure of the profile welding method, when the decrease in the welding voltage is detected, the linear laser light is emitted from the laser light emitting device for generating the high output pulse laser, and the high speed electronic shutter of the image pickup device is operated. The light section image and the molten pool image are taken by opening. This is to emit a laser beam in an extremely short time and to open the electronic shutter only at that moment to increase the intensity of the laser beam and relatively reduce intense arc light, molten pool radiation, etc. The effect is removed.

【0022】上記溶接電圧の低下は、短絡アーク溶接の
溶滴短絡移行時又はパルスアーク溶接の電源電流遮断時
に生じ、アーク光は低減する。
The above-mentioned decrease in welding voltage occurs at the time of transition to a droplet short circuit in short-circuit arc welding or when the power supply current is cut off in pulse arc welding, and the arc light is reduced.

【0023】また、高出力パルスレーザのレーザ線状光
を溶接トーチの進行方向前方の直近に位置する開先に照
射している。これは、溶接熱による開先の形状変形等に
対応させるべく、レーザ光照射部と溶接部とを近接させ
るためである。このようにレーザ光照射部と溶接部とを
近接させても、溶接電流が低下してアーク光が低減した
時に、高出力パルスレーザと高速電子シャッタとを同期
させることによりレーザ光の相対強度を上げており、且
つ、レーザ光の相対強度を上げる干渉フィルタを透して
撮像装置で光切断像及び溶融池画像を撮像するので、ア
ーク光、溶融池放射光等の影響を完全に回避することが
できる。
Further, the laser linear light of the high output pulse laser is applied to the groove located immediately in front of the direction of travel of the welding torch. This is to bring the laser light irradiation part and the welding part close to each other so as to cope with the shape deformation of the groove due to welding heat. Even if the laser light irradiation part and the welded part are brought close to each other in this way, when the welding current is reduced and the arc light is reduced, the relative intensity of the laser light is changed by synchronizing the high-power pulse laser and the high-speed electronic shutter. Since the optical cutting image and the molten pool image are picked up by the image pickup device through the interference filter which raises the relative intensity of the laser beam, it is necessary to completely avoid the influence of arc light, molten pool radiation, etc. You can

【0024】このようにして撮像した光切断像から近似
処理、即ち、直線近似及び/又は曲線近似により開先特
徴点座標を抽出すると共に、上記溶融池画像の重心点に
初期設定値を加えてワイヤ先端位置を算出し、この算出
値を上記開先特徴点座標と比較して、そのずれ分を補正
値としてトーチ狙い位置に加えれば、精密な溶接倣いを
行うことができるものである。
The groove feature point coordinates are extracted by the approximation process, that is, the linear approximation and / or the curve approximation from the light section image thus taken, and the initial setting value is added to the center of gravity of the molten pool image. If the wire tip position is calculated, the calculated value is compared with the groove feature point coordinates, and the deviation is added as a correction value to the torch target position, precise welding copying can be performed.

【0025】特に、パルスレーザの出力を1〜200W
に設定したのは、パルス幅にもよるが、高速電子シャッ
タで十分撮像可能な高出力が必要だからである。即ち、
1W未満であると高速電子シャッタによる撮像が困難で
あり、200Wを超えると実用的でないからである。
In particular, the pulse laser output is 1 to 200 W.
Although it depends on the pulse width, it is necessary to have a high output capable of sufficiently capturing an image with a high-speed electronic shutter. That is,
If it is less than 1 W, it is difficult to capture an image with the high-speed electronic shutter, and if it exceeds 200 W, it is not practical.

【0026】また、上記レーザ線状光を、溶接トーチの
進行方向前方30〜100mmに位置する開先に照射す
るようにすれば、開先の熱変形等に確実に対応すること
ができる。溶接進行方向前方30〜100mmに設定し
たのは、30mm未満であるとアーク光の影響が強過ぎ
るからであり、100mmを超えると溶接熱による開先
の形状変形等に対応し難くなるからである。
If the laser linear light is applied to a groove located 30 to 100 mm forward of the welding torch in the traveling direction, thermal deformation of the groove can be surely dealt with. The reason why it is set to 30 to 100 mm forward of the welding proceeding direction is that if it is less than 30 mm, the influence of the arc light is too strong, and if it exceeds 100 mm, it becomes difficult to deal with shape deformation of the groove due to welding heat. .

【0027】さらに、上記高速電子シャッタのシャッタ
速度を0.1〜1msecに設定するのは、パルスレー
ザの出力との関係を考慮して、高品質な撮像を行うため
である。即ち、0.1msec未満のシャッタ速度を有
する電子シャッタは現実的ではなく、1msecを超え
るとパルスレーザとの関係で撮像時間が長過ぎるからで
ある。
Further, the shutter speed of the high-speed electronic shutter is set to 0.1 to 1 msec in order to perform high quality imaging in consideration of the relationship with the output of the pulse laser. That is, an electronic shutter having a shutter speed of less than 0.1 msec is not practical, and if it exceeds 1 msec, the imaging time is too long in relation to the pulse laser.

【0028】そして、上記干渉フィルタを当該レーザ光
の波長±10nm以下に設定するのは、半導体レーザの
波長は±10程度の変動があるため、フィルタにも同様
の半値幅が必要だからである。
The reason why the interference filter is set to a wavelength of the laser beam of ± 10 nm or less is that the wavelength of the semiconductor laser has a variation of about ± 10, and therefore the filter needs to have the same half width.

【0029】また、光切断像及びアーク光画像を複数回
撮像し、各画像を2値化後、論理積演算処理により開先
特徴点座標を抽出するのは、溶接中における光切断像は
スパッタ等のノイズ画像成分を多く含んでいるため、複
数面の2値化画像間において論理積演算処理を行うこと
により不特定箇所に現れるこれらのノイズを除去するた
めである。
The light cutting image and the arc light image are picked up a plurality of times, each image is binarized, and the groove feature point coordinates are extracted by the logical product calculation process. This is because a large amount of noise image components such as the above is included, so that these noises appearing at unspecified locations are removed by performing a logical product operation process between the binarized images of a plurality of surfaces.

【0030】さらに、上記溶融池画像の重心点と中心点
との座標差を算出し、この算出値により溶融池形状の変
形を知ることができ、溶融池の面積、幅により溶け込み
深さを算出することによって、細かい溶接条件制御を行
うことが可能となる。
Further, the coordinate difference between the center of gravity and the center point of the molten pool image is calculated, the deformation of the molten pool shape can be known from this calculated value, and the penetration depth is calculated from the area and width of the molten pool. By doing so, it becomes possible to perform fine control of welding conditions.

【0031】そして、開先手前および開先奥における溶
接電流の平均値の比が所定値以上になった場合に、ワイ
ヤ先端位置が開先奥にあると判定している。即ち、開先
手前から奥に移動する際の溶接電流の平均値及び標準偏
差を取り、標準偏差がある設定値以内であれば、平均値
を記録する。次に、開先奥での溶接電流の平均値及び標
準偏差を取り、標準偏差がある設定値以内のときに記録
してある平均値と開先奥での平均値とを比較し、その比
率がある設定値以内であればワイヤ先端位置が開先奥に
あると判定する。この判定に基づいて、精密な溶接倣い
が行われることになる。
Then, when the ratio of the average values of the welding currents before and after the groove exceeds a predetermined value, it is determined that the wire tip position is inside the groove. That is, the average value and standard deviation of the welding current when moving from the front to the back of the groove are taken, and if the standard deviation is within a certain set value, the average value is recorded. Next, take the average value and standard deviation of the welding current at the back of the groove, compare the average value recorded when the standard deviation is within a certain set value with the average value at the back of the groove, and then calculate the ratio. If it is within a certain set value, it is determined that the wire tip position is inside the groove. Based on this determination, precise welding copying is performed.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明に係る倣い溶接方法の好適実施
例を添付図面に基づいて詳細に説明する。本実施例の倣
い溶接方法は、図1に示すような倣い溶接装置を使用し
て行われる。図示するように、倣い溶接装置1の溶接台
車2は、溶接トーチ3を支持しながら走行レール4に沿
って走行移動するように成っている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the copy welding method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The profile welding method according to the present embodiment is performed using a profile welding apparatus as shown in FIG. As shown in the figure, the welding carriage 2 of the profile welding apparatus 1 is configured to travel along a traveling rail 4 while supporting the welding torch 3.

【0033】上記走行レール4は、被溶接物(図示せ
ず)の横向き姿勢や下向き姿勢の継手開先と略平行に設
置される。従って、溶接台車2は、走行レール4の長手
方向に沿って略水平に走行移動することになる。この走
行レール4には直状走行レールと円弧状走行レールとを
使用することができ、曲面を有する被溶接物をも溶接対
象にすることができる。従って、円弧状走行レールを使
用すれば、本実施例の倣い溶接装置1を高炉鉄皮の周方
向継手の溶接に適用することができる。
The traveling rail 4 is installed substantially parallel to the joint groove of the object to be welded (not shown) in a sideways posture or a downward posture. Therefore, the welding carriage 2 travels substantially horizontally along the longitudinal direction of the traveling rail 4. A straight traveling rail and an arcuate traveling rail can be used for the traveling rail 4, and an object to be welded having a curved surface can also be a welding target. Therefore, if the arcuate traveling rail is used, the copy welding apparatus 1 of the present embodiment can be applied to the welding of the circumferential joint of the blast furnace iron shell.

【0034】また、溶接台車2の下方には、溶接アーム
5に支持されて、溶接トーチ3が配置されている。溶接
アーム5は、溶接台車2に配置されている前後移動手段
6、上下移動手段7及び水平回動手段8を介して溶接台
車2と接続されている。
A welding torch 3 is arranged below the welding carriage 2 and supported by a welding arm 5. The welding arm 5 is connected to the welding carriage 2 via a front-back movement means 6, a vertical movement means 7 and a horizontal rotation means 8 arranged on the welding carriage 2.

【0035】前後移動手段6は溶接トーチ3を被溶接物
の板厚方向に移動させ、上下移動手段7は溶接トーチ3
を上下方向に移動させ、水平回動手段8は溶接トーチ3
を水平面内で回動させる手段であり、それぞれ溶接機制
御装置9に接続されている。
The front-rear moving means 6 moves the welding torch 3 in the plate thickness direction of the object to be welded, and the vertical moving means 7 moves the welding torch 3.
Is moved in the vertical direction, and the horizontal rotating means 8 moves the welding torch 3
For rotating in a horizontal plane, each of which is connected to the welding machine controller 9.

【0036】よって、前後移動手段6、上下移動手段7
及び水平回動手段8は、溶接機制御装置9で演算した回
転速度・位置に従ってモータ駆動される歯車機構(図示
せず)により作動されるように成っている。特に、水平
回動手段8は、被溶接物の曲率軸と溶接トーチ3の軸と
が常に平行になるようにモータの回転速度・位置の制御
が行われる。
Therefore, the front-rear moving means 6 and the up-down moving means 7
The horizontal rotation means 8 is operated by a gear mechanism (not shown) driven by a motor according to the rotation speed / position calculated by the welding machine control device 9. In particular, the horizontal rotation means 8 controls the rotational speed and position of the motor so that the axis of curvature of the workpiece and the axis of the welding torch 3 are always parallel.

【0037】即ち、前後移動手段6により溶接トーチ3
を前後に、上下移動手段7により溶接トーチ3を上下に
動作させることができ、さらに、これらを溶接機制御装
置9によって制御することにより、溶接トーチ3の狙い
を上下左右自由に決定することができる。
That is, the welding torch 3 is moved by the forward / backward moving means 6.
The welding torch 3 can be moved up and down by the up-and-down moving means 7, and by controlling these by the welding machine control device 9, the aim of the welding torch 3 can be freely decided up, down, left and right. it can.

【0038】また、水平回動手段8により、溶接トーチ
3を水平面内で回動することができる。従って、走行レ
ール4と被溶接物との曲率が違う場合には、水平回動手
段8を動作させることで、溶接トーチ3の向きを被溶接
物に対して常に一定方向に保つことができる。これによ
って、被溶接物の曲率に合わせて数種類の走行レール4
を準備する必要がなく、1種類の走行レール4で異なっ
た曲率を有する被溶接物の溶接が可能である。
Further, the horizontal rotating means 8 can rotate the welding torch 3 in a horizontal plane. Therefore, when the traveling rail 4 and the object to be welded have different curvatures, the horizontal rotating means 8 is operated so that the direction of the welding torch 3 can always be maintained in a constant direction with respect to the object to be welded. As a result, several types of traveling rails 4 can be used according to the curvature of the workpiece.
Therefore, it is possible to weld the objects to be welded having different curvatures with one type of traveling rail 4.

【0039】そして、溶接アーム5のトーチ取付部に
は、円弧状を呈する鉛直回動手段10が設けられてい
る。この鉛直回動手段10は溶接トーチ3を鉛直面内で
回動させる手段であり、溶接機制御装置9で演算した回
転速度・位置に従ってモータ駆動される歯車機構(図示
せず)により作動されるように成っている。この鉛直回
動手段10により、溶接トーチ3が、溶接ワイヤ先端
(溶接アーク点)を中心に円弧を描いて回動するので、
溶接アークが振れることなく、鉛直面内で溶接トーチ3
の傾き角度を変化させることができる。
The torch mounting portion of the welding arm 5 is provided with vertical rotating means 10 having an arc shape. The vertical rotating means 10 is means for rotating the welding torch 3 in the vertical plane, and is operated by a gear mechanism (not shown) driven by a motor according to the rotation speed and position calculated by the welding machine control device 9. Is made like. Since the welding torch 3 is rotated by the vertical rotating means 10 while drawing an arc around the welding wire tip (welding arc point),
Welding torch 3 in the vertical plane without the welding arc swinging
The tilt angle of can be changed.

【0040】また、溶接台車2には、図2に示すセンサ
ユニット11が連結装備され、上記継手の開先形状や上
記溶接トーチ3のワイヤ先端位置を検出するように成っ
ている。図示するように、センサユニット11内には、
継手開先に向けてレーザ線状光を照射するレーザ照射装
置12と、レーザ線状光の光切断像及び溶融池画像を撮
像する撮像装置13とが収納されている。
A sensor unit 11 shown in FIG. 2 is connected to the welding carriage 2 so as to detect the groove shape of the joint and the wire tip position of the welding torch 3. As shown in the figure, in the sensor unit 11,
A laser irradiation device 12 that irradiates the joint groove with laser linear light, and an imaging device 13 that captures a light section image of the laser linear light and a molten pool image are housed.

【0041】レーザ照射装置12は、波長680±10
nm、出力1〜200Wの半導体パルスレーザによって
構成されており、レーザ光を線状にするためのコリメー
トレンズ、シリンドリカルレンズが使用されている。
The laser irradiation device 12 has a wavelength of 680 ± 10.
It is composed of a semiconductor pulsed laser with a wavelength of 1 nm and an output of 1 to 200 W, and a collimator lens and a cylindrical lens for linearizing the laser light are used.

【0042】本実施例において、レーザ光の波長を68
0nmに設定したのは、次のような理由による。即ち、
アーク光のスペクトルは、Feやシールドガス(Ar
等)の特性スペクトル強度分布に近く、600〜700
nm近辺の波長において強度が減少する。また、溶融池
放射光のスペクトルは、可視光から赤外光波長域にかけ
て波長が長くなるにしたがって強度が増加する。そこ
で、本実施例では、計測に用いるレーザ光の波長を、ア
ーク光や溶融池放射光の影響を受けにくい680nmに
設定することとした。
In this embodiment, the wavelength of the laser light is set to 68.
The reason why it is set to 0 nm is as follows. That is,
The spectrum of the arc light is Fe or shield gas (Ar
Etc.) close to the characteristic spectrum intensity distribution of 600 to 700
The intensity decreases at wavelengths near nm. In addition, the spectrum of the molten pool radiation increases in intensity as the wavelength becomes longer from the visible light to the infrared light wavelength range. Therefore, in this embodiment, the wavelength of the laser light used for measurement is set to 680 nm, which is less likely to be affected by the arc light and the molten pool radiation.

【0043】上記パルスレーザの出力を1〜200Wに
設定したのは、パルス幅にもよるが、後述する高速電子
シャッタで十分撮像可能な高出力が必要だからである。
尚、倣い溶接には、通常35〜50mWの出力が使用さ
れている。
The output of the pulse laser is set to 1 to 200 W because it depends on the pulse width, but it is necessary to have a high output capable of sufficiently capturing an image with a high-speed electronic shutter described later.
An output of 35 to 50 mW is usually used for the copy welding.

【0044】また、撮像装置13は、光切断像及び溶融
池画像を撮像するが、外部からのトリガ信号に対して約
1μSの遅れ後、極めて短時間で開閉動作する高速電子
シャッタ(図示せず)を備えたCCDカメラが採用され
ている。
Further, the image pickup device 13 picks up a light section image and a molten pool image, but after a delay of about 1 μS with respect to a trigger signal from the outside, a high-speed electronic shutter (not shown) which opens and closes in an extremely short time. ) Equipped with a CCD camera.

【0045】撮像装置13としてCCDカメラを採用す
るのは、CCDカメラは撮像管カメラに比べ、小型かつ
取扱いが容易であり、焼き付け等の不具合が無いという
利点があり、また2次元CCD素子を使用した場合に
は、1次元のものに比して、機械式のレーザ光スキャン
が不要であるため故障が少なく、2次元情報を扱うた
め、形状認識等の画像処理を行うことが容易であるとい
う利点があるからである。
The use of a CCD camera as the image pickup device 13 is advantageous in that the CCD camera is smaller and easier to handle than an image pickup tube camera, and there is no problem such as burning, and a two-dimensional CCD element is used. In this case, compared to the one-dimensional type, mechanical laser scanning is not required, so there are few failures, and two-dimensional information is handled, so it is easier to perform image processing such as shape recognition. Because there are advantages.

【0046】さらに、高速電子シャッタのシャッタ速度
は、0.1〜1msecに設定されている。シャッタ速
度を0.1〜1msecに設定するのは、パルスレーザ
の出力との関係を考慮して、高品質な撮像を行うためで
ある。
Further, the shutter speed of the high speed electronic shutter is set to 0.1 to 1 msec. The shutter speed is set to 0.1 to 1 msec in order to perform high quality imaging in consideration of the relationship with the output of the pulse laser.

【0047】この撮像装置13の撮像レンズ13aの手
前には、レーザ光の波長(680nm)±10nmの波
長を有する干渉フィルタ14が備えられている。干渉フ
ィルタ14の波長をレーザ波長±10nmに設定したの
は、レーザ光の相対強度を上げるために干渉フィルタを
使用しているが、半導体レーザの波長には±10nm程
度の変動があるため、干渉フィルタ14にも同様の半値
幅が必要だからである。
An interference filter 14 having a wavelength of laser light (680 nm) ± 10 nm is provided in front of the image pickup lens 13a of the image pickup apparatus 13. The wavelength of the interference filter 14 is set to a laser wavelength of ± 10 nm because the interference filter is used to increase the relative intensity of the laser light, but the wavelength of the semiconductor laser varies by about ± 10 nm. This is because the filter 14 also needs a similar half width.

【0048】また、撮像装置13は、撮像した光切断像
や溶融池画像を演算処理する画像処理装置15と接続さ
れている。この画像処理装置15は、光切断像から開先
特徴点座標を近似処理、即ち、直線近似及び/又は曲線
近似により抽出すると共に、溶融池画像の重心点に初期
設定値を加えてワイヤ先端位置を算出する演算手段であ
る。また、画像処理装置15は、溶接電圧が設定しきい
値より低下するか否かを監視して画像取り込み位置を制
御する画像取り込み制御装置16と接続されている。
Further, the image pickup device 13 is connected to an image processing device 15 for processing the picked-up light section image and the molten pool image. This image processing device 15 extracts the coordinates of the groove feature points from the light section image by approximation processing, that is, by linear approximation and / or curve approximation, and adds an initial setting value to the center of gravity of the molten pool image to determine the wire tip position. Is a calculation means for calculating The image processing device 15 is also connected to an image capture controller 16 that monitors whether the welding voltage drops below a set threshold value and controls the image capture position.

【0049】そして、画像処理装置15及び画像取り込
み制御装置16は、画像処理装置15の算出値に基づい
て溶接トーチ3を制御し、ワイヤ先端位置を補正する溶
接機制御手段9とそれぞれ接続されている。
The image processing device 15 and the image capturing control device 16 are connected to the welding machine control means 9 for controlling the welding torch 3 based on the calculated value of the image processing device 15 and correcting the wire tip position. There is.

【0050】また、上記レーザ照射装置12は、上記溶
接トーチ3の進行方向前方30〜100mmに位置する
開先に対して垂直にレーザ線状光を照射するように、セ
ンサユニット11内で位置設定されている。さらに、撮
像装置13は、光切断像及び溶融池画像を溶接トーチ3
の斜め前方からそれぞれ撮像するように、センサユニッ
ト11内で位置設定されている。
Further, the laser irradiation device 12 is positioned within the sensor unit 11 so as to irradiate the laser linear light perpendicularly to the groove located 30 to 100 mm forward of the welding torch 3 in the traveling direction. Has been done. Further, the imaging device 13 uses the welding torch 3 for the light section image and the molten pool image.
The positions are set in the sensor unit 11 so that the images are respectively captured from the front diagonally.

【0051】次に、上記倣い溶接装置1を使用して行う
本実施例の倣い溶接方法は以下のように行われる。本実
施例の倣い溶接方法は、例えば、高炉鉄皮の開先を溶接
する際に採用され、1パス・1レア・トーチ角度変化の
横向き溶接法により行う。その際、倣い溶接装置1は、
溶接台車2を走行レール4に沿って走行移動させ、溶接
機制御装置9で前後移動手段6、上下移動手段7、水平
回動手段8及び鉛直回動手段10を4軸制御して溶接ト
ーチ3をウィービング動作させることにより、自動倣い
溶接を行うものである。
Next, the profile welding method of this embodiment, which is performed using the profile welding apparatus 1, is performed as follows. The profile welding method according to the present embodiment is used, for example, when welding a groove of a blast furnace iron shell, and is performed by a 1-pass-1 rare-torch angle changing lateral welding method. At that time, the copy welding apparatus 1
The welding carriage 2 is moved along the traveling rail 4, and the welding machine controller 9 controls the longitudinal movement means 6, the vertical movement means 7, the horizontal rotation means 8 and the vertical rotation means 10 by four axes to perform welding welding torch 3. By performing the weaving operation, the automatic copy welding is performed.

【0052】本実施例の倣い溶接方法は、1パス・1レ
ア溶接中に、画像取り込み制御装置16によって溶接電
圧を監視し、その低下を検出したときにトリガパルスを
レーザ照射装置12及び撮像装置13へ出力する。
In the copy welding method of this embodiment, the welding voltage is monitored by the image capturing control device 16 during the 1-pass 1-rare welding, and when the decrease is detected, a trigger pulse is emitted to the laser irradiation device 12 and the imaging device. Output to 13.

【0053】この溶接電圧の低下は、短絡アーク溶接の
溶滴短絡移行時又はパルスアーク溶接の電源電流遮断時
に生じ、アーク光は低減する。例えば、マグ溶接の場
合、溶接電流が200Aを超えると溶接ワイヤの溶滴が
スプレー移行状態となり、アーク光が低減しない。従っ
て、図3に示すように、ウィービング軌跡Wが開先手前
部A〜Bの位置(Aは溶接電流低下開始点、Bは溶接電
流低下終了点)で溶接電流を200A以下に落とすこと
により、アーク光は低減させて計測を可能としている。
尚、開先手前部A〜Bの位置で溶接電流を低下させるの
は、溶接品質に比較的影響の無い部位だからである。
This decrease in the welding voltage occurs at the time of transition to the droplet short circuit in the short-circuit arc welding or at the time of shutting off the power supply current in the pulse arc welding, and the arc light is reduced. For example, in the case of mag welding, when the welding current exceeds 200 A, the droplets of the welding wire are in a spray transfer state, and the arc light is not reduced. Therefore, as shown in FIG. 3, by dropping the welding current to 200A or less at a position where the weaving locus W is in the groove front part AB (A is a welding current decrease start point, B is a welding current decrease end point), Arc light is reduced to enable measurement.
The reason why the welding current is reduced at the positions of the groove front portions A to B is that the welding quality is relatively unaffected.

【0054】溶滴短絡移行状態になることによって、
A’の位置近辺でアーク光が低減する瞬間、すなわち画
像取り込み制御装置16で溶接電圧を監視し、設定しき
い値より低下した瞬間にトリガパルスをレーザ照射装置
12及び撮像装置13へ出力し、パルスレーザ線状光を
開先に照射すると共に、干渉フィルタ14を備えた撮像
装置13の高速電子シャッタを開いて光切断像及び溶融
池画像を撮像する。干渉フィルタ14の波長は、強烈な
アーク光の影響を避けるべく、レーザ光の波長(680
nm)±10nm以下に設定されており、撮像装置13
で撮像した光切断像及び溶融池画像は画像処理装置15
に入力される。
By entering the droplet short circuit transition state,
At the moment when the arc light is reduced in the vicinity of the position of A ′, that is, the welding voltage is monitored by the image capturing control device 16, a trigger pulse is output to the laser irradiation device 12 and the imaging device 13 at the moment when the welding voltage falls below the set threshold value. While irradiating the groove with the pulsed laser linear light, the high-speed electronic shutter of the image pickup device 13 provided with the interference filter 14 is opened to pick up a light section image and a molten pool image. The wavelength of the interference filter 14 is set to the wavelength of the laser light (680 nm) in order to avoid the influence of the intense arc light.
nm) ± 10 nm or less, and the imaging device 13
The light section image and the molten pool image captured by
Is input to

【0055】即ち、図4に示すように、開先手前電圧設
定値をVa、しきい値を0.6Vaとすると、溶接電圧
V≦0.6Vaとなる信号の立ち下がりに同期してトリ
ガパルスTP(1ms以上負論理)を出力する。このト
リガパルスTPに対して約1μSの遅れ後、撮像装置1
3の高速電子シャッタが設定時間内において開くことに
なる。
That is, as shown in FIG. 4, assuming that the groove front voltage set value is Va and the threshold value is 0.6 Va, a trigger pulse is generated in synchronization with the trailing edge of the signal for which the welding voltage V ≦ 0.6 Va. Outputs TP (negative logic for 1 ms or more). After a delay of about 1 μS with respect to this trigger pulse TP, the imaging device 1
The high-speed electronic shutter 3 is opened within the set time.

【0056】さらに詳述すると、図5に示すように、短
絡期間は溶接電流を低下させる開先手前部においてであ
るが、撮像装置13が溶接方向に対して停止している期
間を撮像取り込み可(イネーブル)とする。
More specifically, as shown in FIG. 5, the short circuit period is at the front part of the groove where the welding current is reduced, but the period when the image pickup device 13 is stopped in the welding direction can be captured. (Enable).

【0057】そして、図6に示すように、画像取り込み
制御装置(外部トリガコントローラ)16で溶接電源1
7の溶接電圧Vを監視し、溶接電圧Vがしきい値0.6
Vaまで低下したら、その立ち下がりに同期してトリガ
パルスTPを発生する。
Then, as shown in FIG. 6, the welding power source 1 is controlled by the image capture controller (external trigger controller) 16.
The welding voltage V of No. 7 is monitored, and the welding voltage V has a threshold value of 0.6.
When it drops to Va, the trigger pulse TP is generated in synchronization with the fall.

【0058】トリガパルスTPはカメラコントローラ1
8のR.R.入力(リセット・リスタート)に入り、高
速電子シャッタを切ると同時にホストコンピュータ19
において割り込みを発生し、それがイネーブル期間なら
ば画像処理装置15に画像取り込みを指令するものであ
る。尚、溶接電源17は、溶接機制御装置(ロボットコ
ントローラ)9を介して、ホストコンピュータ19と接
続されている。
The trigger pulse TP is the camera controller 1
R.8. R. At the same time as input (reset / restart) is entered and the high-speed electronic shutter is released, the host computer 19
When an interrupt is generated at the time, and it is the enable period, the image processing device 15 is instructed to capture an image. The welding power source 17 is connected to a host computer 19 via a welding machine controller (robot controller) 9.

【0059】一方、パルスアーク溶接は、脈流を加える
ことにより溶滴移行状態をスプレー移行状態にしている
が、その電流遮断時に溶接電圧の低下が生じる。従っ
て、パルスアーク溶接を採用した場合にも、画像取り込
み制御装置16によって溶接電圧を監視し、その低下を
検出したときにトリガパルスをレーザ照射装置12及び
撮像装置13へ出力することが可能である。
On the other hand, in the pulse arc welding, the droplet transfer state is changed to the spray transfer state by applying a pulsating flow, but the welding voltage drops when the current is cut off. Therefore, even when the pulse arc welding is adopted, it is possible to monitor the welding voltage by the image capturing control device 16 and output the trigger pulse to the laser irradiation device 12 and the image pickup device 13 when the decrease thereof is detected. .

【0060】次に、画像取り込み制御装置16からトリ
ガパルスを受信したレーザ照射装置12は、溶接トーチ
3の進行方向前方の直近に位置する開先に高出力パルス
レーザのレーザ線状光を照射する。
Next, the laser irradiation device 12, which has received the trigger pulse from the image capture control device 16, irradiates the groove located immediately in front of the welding torch 3 in the traveling direction with the laser linear light of the high-power pulse laser. .

【0061】具体的には、レーザ照射装置12は、溶接
トーチ3の溶接点から溶接進行方向前方に30〜100
mm程度離れた位置の開先に対して垂直に、1〜200
Wの出力のパルスレーザ線状光を照射する。パルスレー
ザの出力を1〜200Wに設定したのは、1W未満であ
ると高速電子シャッタによる撮像が困難であり、200
Wを超えると実用的ではないからである。
Specifically, the laser irradiating device 12 is 30 to 100 forward from the welding point of the welding torch 3 in the welding advancing direction.
1 to 200 perpendicular to the groove at a position separated by about mm
The pulsed laser linear light of W output is irradiated. If the output of the pulse laser is set to 1 to 200 W, if it is less than 1 W, it is difficult to capture an image with a high-speed electronic shutter.
This is because if it exceeds W, it is not practical.

【0062】また、パルスレーザ線状光の照射位置を溶
接トーチ3の進行方向前方30〜100mmに設定した
のは、30mm未満であるとアーク光の影響が強過ぎる
からであり、100mmを超えると高炉鉄皮のような極
厚板長尺の開先では溶接熱による形状変形等に対応し難
くなるからである。
Further, the irradiation position of the pulsed laser linear light is set 30 to 100 mm forward of the welding torch 3 in the advancing direction because the influence of the arc light is too strong when the distance is less than 30 mm and exceeds 100 mm. This is because it is difficult to deal with shape deformation due to welding heat in the case of a groove with a very thick plate such as a blast furnace iron skin.

【0063】一方、レーザ照射装置12と同期してトリ
ガパルスを受信した撮像装置13は、高速電子シャッタ
を開閉作動させ、干渉フィルタ14を透して光切断像及
び溶融池画像を撮像する。上記高速電子シャッタのシャ
ッタ速度は、上述したように0.1〜1msecに設定
される。シャッタ速度を0.1〜1msecに設定する
のは、0.1msec未満のシャッタ速度を有する電子
シャッタは現実的ではなく、1msecを超えるとパル
スレーザとの関係で撮像時間が長過ぎるからである。例
えば、パルスレーザの出力を1Wに設定した場合、高速
電子シャッタのシャッタ速度は500μsecに設定さ
れる。
On the other hand, the image pickup device 13 which has received the trigger pulse in synchronization with the laser irradiation device 12 opens and closes the high-speed electronic shutter, and through the interference filter 14, picks up the light section image and the molten pool image. The shutter speed of the high-speed electronic shutter is set to 0.1 to 1 msec as described above. The shutter speed is set to 0.1 to 1 msec because an electronic shutter having a shutter speed of less than 0.1 msec is not realistic, and if it exceeds 1 msec, the imaging time is too long in relation to the pulse laser. For example, when the output of the pulse laser is set to 1 W, the shutter speed of the high speed electronic shutter is set to 500 μsec.

【0064】また、干渉フィルタ14は、強烈なアーク
光及び溶融池放射光の影響を避けるべく、レーザ光の波
長(680nm)±10nm以下の波長に設定されてお
り、撮像装置13で撮像した光切断像及び溶融池画像は
画像処理装置15に入力される。
The interference filter 14 is set to a wavelength of the laser light (680 nm) ± 10 nm or less in order to avoid the influence of intense arc light and molten pool radiation, and the light picked up by the image pickup device 13 is used. The cut image and the molten pool image are input to the image processing device 15.

【0065】このように本実施例は、溶接電流が低下し
てアーク光が低減した時に、高出力パルスレーザと高速
電子シャッタとを同期させることによりレーザ光の相対
強度を上げており、且つ、レーザ光の相対強度を上げる
干渉フィルタ14を透して撮像装置で光切断像及び溶融
池画像を撮像するので、アーク光、溶融池放射光等の影
響を完全に回避することができる。従って、1台の撮像
装置13により、光切断像及び溶融池画像とを同一視野
内に取り込んで撮像することができる。
As described above, in this embodiment, when the welding current is reduced and the arc light is reduced, the relative intensity of the laser light is increased by synchronizing the high output pulse laser and the high speed electronic shutter, and Since the light section image and the molten pool image are captured by the image capturing device through the interference filter 14 that increases the relative intensity of the laser light, it is possible to completely avoid the influence of arc light, molten pool radiation light, and the like. Therefore, the single image pickup device 13 can capture the light section image and the molten pool image in the same visual field.

【0066】次に、干渉フィルタ14や高速電子シャッ
タによる撮像のみでは画像計測には不十分であるため、
画像処理による画質改善を行う。即ち、撮像装置13に
より光切断像及び溶融池画像を複数回撮像する。光切断
像及び溶融池画像を複数回撮像するのは、溶接中におけ
る光切断像及び溶融池画像は、画像内にスパッタ等のノ
イズ画像成分を多く含んでいるため、複数面の2値化処
理(白黒・濃淡処理)した画像間において論理積演算処
理を行うことにより不特定箇所に現れるこれらのノイズ
を除去するためである。
Next, since only the image pickup by the interference filter 14 or the high-speed electronic shutter is not sufficient for image measurement,
Image quality is improved by image processing. That is, the imaging device 13 captures the light section image and the molten pool image a plurality of times. The light section image and the weld pool image are captured multiple times because the light section image and the weld pool image during welding contain a lot of noise image components such as spatters in the image. This is to remove these noises appearing at unspecified locations by performing a logical product operation process between the (black and white / grayscale process) images.

【0067】具体的には、1回目に撮像した光切断像及
び溶融池画像を画像メモリに記録しておき、2回目に撮
像した光切断像及び溶融池画像を取り込み、記録した画
像と共に2値化処理及び平滑化処理を行った後、2つの
画像間で画素毎の論理積(AND)処理を行い、ノイズ
画像を除去する。必要であれば、3回目に撮像した光切
断像及び溶融池画像とも同様の論理積演算を行う。
Specifically, the light section image and the molten pool image captured at the first time are recorded in the image memory, the light section image and the molten pool image captured at the second time are fetched, and the binary image is stored together with the recorded image. After performing the smoothing process and the smoothing process, a logical product (AND) process for each pixel is performed between the two images to remove the noise image. If necessary, the same logical product operation is performed on the light section image and the molten pool image captured for the third time.

【0068】次に、AND処理画像に対して、孤立点・
端点除去を行う。即ち、2値化画像に対して3×3平滑
化フィルタ処理(平滑化オペレータ)を施した後、2回
目の2値化処理を行う。平滑化後の2値化画像に対して
X方向微分処理(差分オペレータ)を行い線画像変換を
行う。そして、直線近似法を用いて図7(a)に示す開
先内特徴点(初層)を抽出し、これを3次元座標変換す
ることにより、所望の座標値を得る。第2層目以降につ
いては、図7(b)に示すように直線部の延長線上にあ
る点を特徴点として抽出する。
Next, for the AND-processed image, isolated points
Remove end points. That is, after the 3 × 3 smoothing filter process (smoothing operator) is performed on the binarized image, the second binarization process is performed. X-direction differential processing (difference operator) is performed on the smoothed binary image to perform line image conversion. Then, the linear approximation method is used to extract the in-groove feature points (first layer) shown in FIG. 7A, and three-dimensional coordinate conversion is performed on the feature points to obtain desired coordinate values. For the second and subsequent layers, points on the extended line of the straight line portion are extracted as feature points as shown in FIG. 7B.

【0069】具体的には、開先特徴点を検出するため
に、分割・合成法(始点・終点近似)および追跡法(コ
ーン交差法)と呼ばれる直線近似法及び/又は曲線近似
法を用いて算出する。尚、この近似処理の詳しい内容
は、大沢裕ほか著作の「図面の認識と理解」(株)昭晃
堂に記述されている。
Specifically, in order to detect the groove feature points, a linear approximation method and / or a curve approximation method called a division / synthesis method (start point / end point approximation) and a tracking method (cone intersection method) are used. calculate. The detailed contents of this approximation process are described in "Recognition and Understanding of Drawings", by Sho Osawa et al., Shokoido Co., Ltd.

【0070】即ち、図8に示す特徴点抽出フローに基づ
いて、開先特徴点の抽出を行う。図示するように、ま
ず、ステップ(ST)1でサーチウインドウを設定し、
ウインドウ内始点・終点を検出する(ST2)。
That is, the groove feature points are extracted based on the feature point extraction flow shown in FIG. As shown in the figure, first, in step (ST) 1, set the search window,
The start and end points in the window are detected (ST2).

【0071】具体的には、図9に示すように、追跡法に
よってP1,P2,P2’を検出する場合、Ps(始
点)、Pe(終点)を決定し、図10に示すサーチウイ
ンドウによって画素を追跡する。即ち、Psからは図1
0(a)に示す下向きサーチウインドウを使用し、Pe
からは図10(b)に示す上向きサーチウインドウを使
用する。
Specifically, as shown in FIG. 9, when P1, P2, and P2 'are detected by the tracking method, Ps (start point) and Pe (end point) are determined, and pixels are determined by the search window shown in FIG. To track. That is, from Ps,
Using the downward search window shown in 0 (a), Pe
From here, the upward search window shown in FIG.

【0072】そして、画素Cから見た近傍における画素
連結状態を調べ、最も優先度の高いものを次の追跡画素
とする。下向き優先順位はPD>PRD>PLD>PR
>PLであり、上向き優先順位はPU>PRU>PLU
>PR>PLである。
Then, the pixel connection state in the vicinity viewed from the pixel C is checked, and the pixel having the highest priority is set as the next tracking pixel. Downward priority is PD>PRD>PLD> PR
> PL, and the upward priority is PU>PRU> PLU
>PR> PL.

【0073】また、連結が途切れた場合は、図11に示
すように、サーチウインドウをシフトする。即ち、ウイ
ンドウ中心画素CをC1,C2,C3の位置にシフト
し、そこを新たに中心Cとしたウインドウを生成する。
この場合の優先順位は、C1>C2>C3である。シフ
トしても連結が見つからない場合は、元の中心画素を特
異点とする。
When the connection is broken, the search window is shifted as shown in FIG. That is, the window center pixel C is shifted to the positions of C1, C2 and C3, and a window having the center C newly is generated.
In this case, the priority order is C1>C2> C3. If the connection cannot be found even after shifting, the original center pixel is set as the singular point.

【0074】サーチウインドウで画素を検出した後、そ
れが直線に当てはまるか否かを調べるが、最初にPsよ
り下向きに画素を追跡し、次のようにP1を求める(S
T3)。まず、ステップ3は、図12に示すように、
始点画素Psと次に追跡する画素Q1を選択する。この
場合、Q1は次に連結している画素とは限らない。ま
た、中心がQ1で半径rの円に対してPsより2本の接
線を引き、その囲まれた領域をS1とする。尚、Q1は
半径rの値によって決定し、線分PsQ1>rである。
そして、Q1をQi、S1をSiとし、次のステップ3
へ進む。
After detecting a pixel in the search window, it is checked whether or not it fits in a straight line. First, the pixel is traced downward from Ps, and P1 is obtained as follows (S
T3). First, in step 3, as shown in FIG.
The starting point pixel Ps and the pixel Q1 to be tracked next are selected. In this case, Q1 is not necessarily the next connected pixel. Further, two tangent lines are drawn from Ps with respect to a circle having a center of Q1 and a radius of r, and the enclosed area is S1. Note that Q1 is determined by the value of the radius r, and the line segment PsQ1> r.
Then, Q1 is set to Qi, S1 is set to Si, and the next step 3
Go to.

【0075】ステップ3は、Qiの次に連結する画素
Qi+1をサーチウインドウで検索し、これが領域Si
の中にあればステップ3へ進む。一方、Qi+1が存
在しないか、或いは領域Siの中に無ければ、Qiを特
徴点P1とする。
In step 3, the pixel Qi + 1 connected next to Qi is searched in the search window, and this is the region Si.
If so, proceed to step 3. On the other hand, if Qi + 1 does not exist or does not exist in the region Si, Qi is set as the feature point P1.

【0076】ステップ3は、中心Qi+1で半径rの
円に対してPsより2本の接線を引く。そして、これら
に囲まれた領域をSi+1とし、SiとSi+1の共通
領域をSi、Qi+1をQiとしてステップ3に戻
る。
In step 3, two tangent lines are drawn from Ps with respect to a circle having a radius r and a center Qi + 1. Then, the region surrounded by these is set to Si + 1, the common region of Si and Si + 1 is set to Si, and Qi + 1 is set to Qi, and the process returns to step 3.

【0077】同様に、Peより上向きに画素を追跡し、
P2を求める(ST4)。この処理は、上記ステップ3
〜と同様のステップを繰り返す。但し、サーチウイ
ンドウは、上向きのものを使用する。
Similarly, the pixel is tracked upward from Pe,
P2 is obtained (ST4). This process is the same as step 3 above.
Repeat steps similar to. However, the upward search window is used.

【0078】次に、図13に示すように、P0の検出を
行うが、開先奥部分は線画像が途切れる場合が多く追跡
法が使えないため、分割・合成法(始点・終点近似法)
を用いる。追跡法で求めたP1,P2を始点・終点とし
た線分に対するユークリッド距離が最大となる画素を求
め、これをP0とする(ST5,ST6)。即ち、P
1,P2の座標を各々(X1,Y1),(X2,Y2)
とすると、画素Pj(Xj,Yj)からの線分P1P2
への距離Ejは、次式で表される。
Next, as shown in FIG. 13, P0 is detected. However, since the line image is often interrupted in the deep part of the groove, the tracking method cannot be used, so the division / synthesis method (start point / end point approximation method) is performed.
To use. A pixel having the maximum Euclidean distance with respect to the line segment having P1 and P2 obtained by the tracing method as the start point and the end point is obtained, and this is designated as P0 (ST5, ST6). That is, P
The coordinates of 1, P2 are (X1, Y1), (X2, Y2)
Then, the line segment P1P2 from the pixel Pj (Xj, Yj)
The distance Ej to is expressed by the following equation.

【数1】 [Equation 1]

【0079】また、図14に示すように、X方向はWX
1からWX2まで、Y方向はY1からY2までの距離計
算を行う。そして、ノイズ等の影響を避けるため、画素
検出を順方向と逆方向から行い、座標が一致したものだ
けを有効とする。この場合、X方向微分により、1画素
/1LINEとなっている。
As shown in FIG. 14, the X direction is WX.
The distance calculation from 1 to WX2 and from Y1 to Y2 in the Y direction is performed. Then, in order to avoid the influence of noise or the like, pixel detection is performed from the forward direction and the reverse direction, and only those whose coordinates match are valid. In this case, it is 1 pixel / 1 LINE due to the X-direction differentiation.

【0080】次に、初回溶接であれば(ST7)、半径
rを大きめに設定し、Peを始点として追跡法によりP
2’を検出する(ST8)。点Ps(Xs,Ys)から
点Pi(Xi,Yi)を中心とする半径rの円への接線
の式は以下の通りである。
Next, if it is the first welding (ST7), the radius r is set to a large value and P is set by the tracing method with Pe as the starting point.
2'is detected (ST8). The formula of the tangent line from the point Ps (Xs, Ys) to the circle with the radius r centered on the point Pi (Xi, Yi) is as follows.

【数2】 また、点(a,b)が上記接線の式で囲まれた領域の中
にあるためには、以下の式が成立する。
[Equation 2] Further, since the point (a, b) is in the area surrounded by the tangent formula, the following formula is established.

【数3】 (Equation 3)

【0081】次に、図15に示すように、P0’の検出
を行う。即ち、変形追跡法により、線分P1P2とP
2’P0に対する近似直線(P1,P2’を通る)を求
め、その交点をP0’とする(ST9,ST10)。即
ち、P1を始点とし、P0まで画素を検出し(分割・合
成法と同様に順方向・逆方向で行い、サーチウインドウ
は使用しない。)、次のように直線上に当てはまるか否
かを調べる。
Next, as shown in FIG. 15, P0 'is detected. That is, the line segment P1P2 and P
An approximate straight line for 2′P0 (passes through P1 and P2 ′) is obtained, and the intersection is defined as P0 ′ (ST9, ST10). That is, with P1 as the starting point, pixels are detected up to P0 (the same as in the division / synthesis method, the forward direction and the reverse direction are not used, and the search window is not used), and it is checked whether or not it fits on a straight line as follows. .

【0082】まず、ステップ9は、P0を中心とした
半径r0の円を描き、P1からこの円に対して2本の接
線を引く。そして、P1の次の画素Q1が接線で囲まれ
た領域S0の中に入っているか否かを調べる。これをQ
1が検出されるまで繰り返す。ただし、線分P0Q1>
rであり、ステップ9で使用する。
First, in step 9, a circle with a radius r0 centered at P0 is drawn, and two tangent lines are drawn from P1 to this circle. Then, it is checked whether or not the pixel Q1 next to P1 is in the area S0 surrounded by the tangent line. Q this
Repeat until 1 is detected. However, line segment P0Q1>
r, used in step 9.

【0083】ステップ9は、中心がQ1で半径rの円
にP1より2本の接線を引き、その囲まれた領域をS1
とする。そして、Q1をQi、S1をSiとし、次のス
テップ9へ進む。
In step 9, two tangent lines are drawn from P1 to a circle having a center of Q1 and a radius of r, and the enclosed area is S1.
And Then, Q1 is set to Qi and S1 is set to Si, and the process proceeds to the next step 9.

【0084】ステップ9は、Qiの次の画素Qi+1
を探し、これが領域Siの中にあればステップ9へ進
む。一方、領域Siの中に入っていなければ、このステ
ップ9を繰り返す。そして、Y方向がY0(P0のY
座標)となったら、後述するステップ9へ進む。
In step 9, the next pixel Qi + 1 of Qi + 1
, And if this is in the region Si, go to step 9. On the other hand, if it is not in the area Si, step 9 is repeated. The Y direction is Y0 (Y of P0
(Coordinates), the process proceeds to step 9 described later.

【0085】ステップ9は、Qi+1を中心として半
径rの円を描き、Psよりこの円へ2本の接線を引く。
これらに囲まれた領域をSi+1とし、SiとSi+1
の共通領域をSi、Qi+1をQiとして、ステップ9
に戻る。
In step 9, a circle of radius r is drawn centering on Qi + 1, and two tangent lines are drawn from Ps to this circle.
The area surrounded by these is defined as Si + 1, and Si and Si + 1
Of the common area of Si and Qi + 1 as Qi, step 9
Return to

【0086】ステップ9は、線分P1Qiの直線式を
求める。同様に、P2を始点とし、線分P2Qi’の直
線式を求め、線分P1Qiと線分P2Qi’の交点をP
0’とする(ST10)。
In step 9, a linear equation of the line segment P1Qi is obtained. Similarly, using P2 as the starting point, a linear equation of the line segment P2Qi 'is obtained, and the intersection point of the line segment P1Qi and the line segment P2Qi' is set to P
It is set to 0 '(ST10).

【0087】そして、座標データを送信した後(ST1
1)、ステップ2に戻る。また、上記ステップ7におい
て、初回溶接でない場合は、直ちに座標データが送信さ
れる(ST11)。
After transmitting the coordinate data (ST1
1) Return to step 2. If it is not the first welding in step 7, the coordinate data is immediately transmitted (ST11).

【0088】また、撮像装置13は、光切断像とともに
溶融池画像を撮像している。溶接電圧が低下してアーク
光が低減した時に、高速シャッタを使用し、パルスレー
ザ光の強度を上げて、さらにアーク光及び溶融池画像を
相対的に低減させており、且つ、レーザ光の相対強度を
上げる干渉フィルタ14を透して光切断像及び溶融池画
像を撮像しているので、溶融池の形状を明確に撮像する
ことができる。
Further, the image pickup device 13 picks up the molten pool image together with the light section image. When the welding voltage is reduced and the arc light is reduced, the high-speed shutter is used to increase the intensity of the pulse laser light, and the arc light and the weld pool image are relatively reduced, and the relative laser light is used. Since the light section image and the molten pool image are captured through the interference filter 14 that increases the intensity, the shape of the molten pool can be clearly captured.

【0089】撮像した溶融池画像を画像処理装置15で
2値化処理した後、図16に示すように、これの重心点
を検出する。この重心点にある初期設定値を加えること
により、アーク点であるワイヤ先端位置を算出し、これ
を3次元座標変換することにより、所望の座標値を得
る。
After the imaged molten pool image is binarized by the image processing device 15, the center of gravity of the image is detected as shown in FIG. By adding an initial setting value at the center of gravity, the wire tip position, which is an arc point, is calculated, and a desired coordinate value is obtained by three-dimensional coordinate conversion.

【0090】ここで、アーク光画像に加える初期設定値
について説明する。図17(a)に示すように、溶接開
始点における開先手前・奥に接触するワイヤ先端のカメ
ラ画像上の座標を各々(Xa,Ya)、(Xb,Yb)
とし、また図17(b)に示すように、溶接開始直後の
開先手前・奥における溶融池画像の重心点を各々(X
a’,Ya’)、(Xb’,Yb’)とすると、初期設
定値は以下のようになる。
Here, the initial setting value added to the arc light image will be described. As shown in FIG. 17A, the coordinates on the camera image of the tip of the wire that contacts the front and back of the groove at the welding start point are (Xa, Ya), (Xb, Yb), respectively.
Also, as shown in FIG. 17 (b), the center of gravity points of the molten pool image immediately before and after the welding immediately before and after the welding start are respectively (X
a ', Ya'), (Xb ', Yb'), the initial setting values are as follows.

【0091】即ち、開先手前初期設定値は、DXa=X
a−Xa’、DYa=Ya−Ya’となる。一方、開先
奥初期設定値は、DXb=Xb−Xb’、DYb=Yb
−Yb’となる。
That is, the initial setting value before the groove is DXa = X
a-Xa 'and DYa = Ya-Ya'. On the other hand, the groove back initial setting values are DXb = Xb−Xb ′ and DYb = Yb.
-Yb '.

【0092】このとき、図18に示すように、溶融池画
像の最大径が50画素程度になるように画像調整を行う
ため、これらの上下限は次の数式の通りとする。
At this time, as shown in FIG. 18, the image adjustment is performed so that the maximum diameter of the molten pool image is about 50 pixels, so the upper and lower limits of these are as follows.

【数4】 このように溶接中(1回目ウィービング)において初期
設定値を算出し、2回目ウィービング以降に加えてゆ
き、所望の座標値を得る。
[Equation 4] In this way, the initial set value is calculated during welding (first weaving) and added after the second weaving to obtain a desired coordinate value.

【0093】そして、この算出座標値を光切断像より求
めた開先特徴点座標と比較して、そのずれ分を補正値と
してトーチ狙い位置に加え、その結果に基づいて、溶接
機制御装置9が溶接トーチ3のワイヤ先端位置を補正す
る。
Then, this calculated coordinate value is compared with the groove feature point coordinates obtained from the light section image, and the deviation is added as a correction value to the torch target position, and based on the result, the welding machine controller 9 Corrects the wire tip position of welding torch 3.

【0094】具体的には、溶接機制御装置9は、算出し
た開先特徴点座標を基に開先手前・奥におけるトーチ狙
い位置や揺動幅をオンラインで変更する。このとき、図
7(a)に示したように、ワイヤ先端位置座標と開先手
前P2点又は開先奥P0点とをそれぞれ比較し、ずれが
ある場合はその差を補正値として溶接トーチ3の制御を
行う。さらに、積層厚の変化分を次層溶接に反映させる
ため、ウィービングピッチを変更する。
Specifically, the welding machine control device 9 changes the torch aiming position and the swing width on the front side and the back side of the groove on the basis of the calculated groove feature point coordinates. At this time, as shown in FIG. 7A, the wire tip position coordinates are compared with the groove front P2 point or the groove back P0 point, respectively, and if there is a deviation, the difference is used as a correction value for the welding torch 3 Control. Further, the weaving pitch is changed to reflect the change in the laminated thickness in the next layer welding.

【0095】また、図16に示した溶融池画像に基づい
て、画像処理装置15により溶融池画像の重心点と中心
点との座標差を算出する。この算出値により溶融池形状
の変形を知ることができ、溶融池の面積、幅により溶け
込み深さを算出することによって、細かい溶接条件制御
を行うことができる。
Further, based on the molten pool image shown in FIG. 16, the image processing device 15 calculates the coordinate difference between the center of gravity and the center point of the molten pool image. Deformation of the shape of the molten pool can be known from this calculated value, and fine welding condition control can be performed by calculating the penetration depth from the area and width of the molten pool.

【0096】具体的には、図16に示した溶融池画像の
最小X,Y座標と最大X,Y座標とからX,Yの各方向
の中心点を算出する。即ち、溶融池画像の中心点のX,
Y座標は、最小X座標をX0、最大X座標をX1、最小
Y座標をY0及び最大Y座標をY1とした場合、((X
0+X1)/2 ,(Y0+Y1)/2)と算出され
る。
Specifically, the center point in each of the X and Y directions is calculated from the minimum X and Y coordinates and the maximum X and Y coordinates of the molten pool image shown in FIG. That is, X of the center point of the molten pool image,
If the minimum X coordinate is X0, the maximum X coordinate is X1, the minimum Y coordinate is Y0, and the maximum Y coordinate is Y1, the Y coordinate is ((X
0 + X1) / 2 and (Y0 + Y1) / 2) are calculated.

【0097】そして、この中心点座標((X0+X1)
/2 ,(Y0+Y1)/2)と上記重心点座標を比較
して、溶融池形状異常を把握し、オンライン溶接プロセ
ス監視データとして記録する。また、溶融池面積Aを計
測し、予め設定したテーブルデータと比較して、溶け込
み深さを推定することにより、溶接条件制御を行うこと
ができるものである。
The center point coordinates ((X0 + X1)
/ 2, (Y0 + Y1) / 2) and the coordinates of the center of gravity are compared to identify the molten pool shape abnormality and record it as online welding process monitoring data. Further, the welding condition control can be performed by measuring the molten pool area A and comparing it with preset table data to estimate the penetration depth.

【0098】さらに、開先手前および開先奥における溶
接電流の平均値の比が所定値以上になった場合に、ワイ
ヤ先端位置が開先奥にあると判定する。具体的には、開
先手前から開先奥に移動する際の溶接電流・電圧の平均
値・標準偏差を取り、標準偏差がある設定値以内なら
ば、平均値を記録する。
Further, when the ratio of the average values of the welding currents before and after the groove exceeds a predetermined value, it is determined that the wire tip position is inside the groove. Specifically, the average value and standard deviation of the welding current and voltage when moving from the front of the groove to the back of the groove are taken, and if the standard deviation is within a certain set value, the average value is recorded.

【0099】次に、開先奥での溶接電流・電圧の平均値
・標準偏差を取り、標準偏差がある設定値以内のとき記
録している平均値と開先奥での平均値を比較し、その比
率がある設定値以内であればワイヤ先端位置が開先奥に
あると判定する。
Next, the average value and standard deviation of the welding current and voltage at the back of the groove are taken, and when the standard deviation is within a certain set value, the recorded average value and the average value at the back of the groove are compared. If the ratio is within a certain set value, it is determined that the wire tip position is behind the groove.

【0100】具体的には、図19に示す開先手前A〜
A’位置の溶接電流の平均値Iaは、次のような数式で
表される。
[0100] Specifically, the front side A to the groove shown in FIG.
The average value Ia of the welding current at the position A'is represented by the following mathematical formula.

【数5】 また、図19に示す開先奥B〜B’位置の溶接電流の平
均値Ibは、次のような数式で表される。
(Equation 5) In addition, the average value Ib of the welding currents at the groove depths BB ′ shown in FIG. 19 is represented by the following mathematical formula.

【数6】 これら実績値(平均値)の比であるK(K=Ib/I
a)が設定値k(k=ib/ia、ia:開先手前電流
設定値、ib:開先奥電流設定値)の0.9倍以上のと
きに、ワイヤ先端位置が開先奥にあると判定する。
(Equation 6) K (K = Ib / I), which is the ratio of these actual values (average values)
When a) is 0.9 times or more of the set value k (k = ib / ia, ia: groove front current set value, ib: groove back current set value), the wire tip position is in the groove back. To determine.

【0101】ワイヤ先端位置を判定した場合、溶接トー
チ3のワイヤ先端位置を次のように補正する。即ち、ワ
イヤ先端位置が開先奥でないと判定した場合、溶融池画
像重心からワイヤ先端座標点を算出するための初期設定
値に予め設定しておいた補正値を加え、これを次からの
ワイヤ先端位置の算出に使用することにより、極めて精
密な倣い溶接を行うことができるものである。
When the wire tip position is determined, the wire tip position of the welding torch 3 is corrected as follows. That is, when it is determined that the wire tip position is not at the groove depth, a preset correction value is added to the initial setting value for calculating the wire tip coordinate point from the weld pool image center of gravity, and this is added to the next wire. By using it for calculating the tip position, extremely precise copy welding can be performed.

【0102】以上のように本実施例の倣い溶接方法は、
溶接電圧が低下してアーク光が低減した時に、高出力パ
ルスレーザのレーザ線状光の照射と高速電子シャッタの
開放とを同期させることにより、レーザ線状光の強度を
上げて、強烈なアーク光及び溶融池等を相対的に低減さ
せている。従って、1台の撮像装置13の同一視野内に
光切断像と溶融池画像とを取り込んで撮像することがで
きるので、前述した引用例2と異なり、光学系の光軸合
わせを容易に行うことができる。
As described above, the copy welding method of this embodiment is
When the welding voltage decreases and the arc light decreases, the irradiation of the laser linear light of the high-power pulsed laser and the opening of the high-speed electronic shutter are synchronized to increase the intensity of the laser linear light and to generate an intense arc. Light and molten pool are reduced relatively. Therefore, since the light section image and the molten pool image can be captured and imaged in the same visual field of one image pickup device 13, unlike the above-described reference example 2, the optical axis alignment of the optical system can be easily performed. You can

【0103】また、光切断像から開先特徴点座標を抽出
すると共に、溶融池画像からワイヤ先端位置を算出する
ことにより、開先の熱変形やワイヤ先端の曲がり等に対
応し、極めて精密な溶接倣いを行うことができる。
Further, by extracting the coordinates of the groove characteristic points from the light section image and calculating the wire tip position from the molten pool image, it is possible to cope with thermal deformation of the groove, bending of the wire tip, etc. Welding can be performed.

【0104】さらに、溶融池画像の重心点と中心点との
ずれから溶融池形状の変形を把握すると共に、溶融池の
面積や幅から溶け込み深さを算出することによって、細
かい溶接条件制御をも行うことができるものである。
Further, by grasping the deformation of the shape of the weld pool from the deviation between the center of gravity and the center point of the image of the weld pool, and by calculating the penetration depth from the area and width of the weld pool, fine welding condition control is also possible. Is what you can do.

【0105】[0105]

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る倣い溶
接方法によれば、高出力パルスレーザのレーザ線状光に
対してアーク光及び溶融池放射光を相対的に低減させる
ことができる。また、開先の熱変形やワイヤ先端の曲が
り等に対応させるべくレーザ照射部と溶接部とを近接さ
せても、アーク光及びスパッタの影響を完全に回避する
ことができる。さらに、溶融池画像の重心点と中心点と
のずれから溶融池形状の変形を把握することにより、細
かい溶接条件制御をも行うことができる。従って、本発
明に係る倣い溶接方法によれば、極めて精密な溶接倣い
を行うことができるという優れた効果を発揮する。
As described above, according to the profiling welding method of the present invention, the arc light and the molten pool radiation light can be relatively reduced with respect to the laser linear light of the high output pulse laser. . Further, even if the laser irradiation portion and the welding portion are brought close to each other in order to cope with thermal deformation of the groove, bending of the wire tip, etc., the influence of arc light and spatter can be completely avoided. Furthermore, by grasping the deformation of the shape of the molten pool from the deviation between the center of gravity and the center point of the image of the molten pool, it is possible to perform fine welding condition control. Therefore, the profile welding method according to the present invention exhibits an excellent effect that extremely precise profile copying can be performed.

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

【図1】本実施例の倣い溶接方法に使用する倣い溶接装
置の全体構造を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall structure of a profile welding apparatus used in the profile welding method of the present embodiment.

【図2】倣い溶接装置におけるセンサユニットの内部構
造を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an internal structure of a sensor unit in the copy welding apparatus.

【図3】本実施例の倣い溶接方法において、ウィービン
グ状況及び溶接電流低下位置を示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a weaving condition and a welding current lowering position in the copying welding method according to the present embodiment.

【図4】本実施例の倣い溶接方法において、溶接電圧と
設定しきい値との関係を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a welding voltage and a set threshold value in the copying welding method according to the present embodiment.

【図5】本実施例の倣い溶接方法において、ウィービン
グでの電子シャッタ作動期間を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an electronic shutter operating period during weaving in the profile welding method according to the present embodiment.

【図6】本実施例の倣い溶接方法において、トリガパル
スによる電子シャッタ作動の装置ブロックを示す概略図
である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a device block of an electronic shutter actuation by a trigger pulse in the copy welding method of the present embodiment.

【図7】本実施例の倣い溶接方法において、開先内特徴
点の抽出状況を示し、(a)はは初層特徴点の説明図、
(b)は2層目以降の特徴点の説明図である。
7A and 7B show the extraction situation of the feature points in the groove in the profile welding method of the present embodiment, FIG. 7A is an explanatory diagram of the first layer feature points,
(B) is an explanatory view of the characteristic points of the second and subsequent layers.

【図8】本実施例の倣い溶接方法において、開先特徴点
の抽出フローを示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a flow of extracting groove characteristic points in the profile welding method according to the present embodiment.

【図9】本実施例の倣い溶接方法において、開先内特徴
点の抽出概念を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the concept of extraction of in-groove feature points in the copying welding method according to the present embodiment.

【図10】本実施例の倣い溶接方法において、開先内特
徴点の抽出に使用するサーチウインドウを示し、(a)
は上向きサーチウインドウの説明図、(b)は下向きサ
ーチウインドウの説明図である。
FIG. 10 shows a search window used for extracting a feature point in a groove in the profile welding method according to the present embodiment.
FIG. 4A is an explanatory diagram of an upward search window, and FIG. 7B is an explanatory diagram of a downward search window.

【図11】本実施例の倣い溶接方法において、開先内特
徴点の抽出に使用するサーチウインドウのシフト状況を
示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a shift state of a search window used for extracting a feature point in a groove in the copy welding method according to the present embodiment.

【図12】本実施例に採用する開先内特徴点の抽出にお
いて、追跡法によるP1の検出状況を示す説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a situation of detection of P1 by a tracking method in extraction of a feature point in a groove adopted in this embodiment.

【図13】本実施例に採用する開先内特徴点の抽出にお
いて、分割・合成法によるP0の検出状況を示す説明図
である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a P0 detection state by a division / synthesis method in extraction of feature points within a groove used in the present embodiment.

【図14】本実施例に採用する開先内特徴点の抽出にお
いて、距離計算によるP0の検出状況を示す説明図であ
る。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a detection state of P0 by distance calculation in extraction of in-groove feature points adopted in the present embodiment.

【図15】本実施例に採用する開先内特徴点の抽出にお
いて、変形追跡法によるP0’の検出状況を示す説明図
である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing the detection status of P0 ′ by the modified tracking method in the extraction of the in-groove feature points adopted in the present embodiment.

【図16】本実施例の倣い溶接方法において、溶融池形
状特徴量を示す説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a weld pool shape feature amount in the profile welding method according to the present embodiment.

【図17】本実施例に採用するワイヤ先端位置の検出に
おいて、初期設定値の算出状況を示し、(a)は溶接前
ワイヤ先端位置の説明図、(b)は溶接中溶融池画像重
心の説明図である。
17A and 17B show a calculation state of an initial set value in the detection of the wire tip position adopted in the present embodiment, FIG. 17A is an explanatory diagram of the wire tip position before welding, and FIG. FIG.

【図18】本実施例に採用するワイヤ先端位置の検出に
おいて、溶融池の最大径と画素との関係を示す説明図で
ある。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing the relationship between the maximum diameter of the molten pool and the pixels in the detection of the wire tip position used in this example.

【図19】本実施例に採用するワイヤ先端位置の検出に
おいて、開先奥と判定する溶接電流・電圧の平均値及び
標準偏差の範囲を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining the range of the average value and standard deviation of the welding current / voltage for determining the groove depth in the detection of the wire tip position adopted in the present embodiment.

【符号の説明】 1 倣い溶接装置 2 溶接台車 3 溶接トーチ 4 走行レール 5 溶接アーム 6 前後移動手段 7 上下移動手段 8 水平回動手段 9 溶接機制御装置(ロボットコントローラ) 10 鉛直回動手段 11 センサユニット 12 レーザ照射装置 13 第1の撮像装置 13a 撮像レンズ 14 干渉フィルタ 15 画像処理装置 16 画像取り込み制御装置(外部トリガコン
トローラ) 17 溶接電源 18 カメラコントローラ 19 ホストコンピュータ
[Explanation of Codes] 1 Copy welding device 2 Welding trolley 3 Welding torch 4 Traveling rail 5 Welding arm 6 Forward / backward moving means 7 Up / down moving means 8 Horizontal turning means 9 Welding machine control device (robot controller) 10 Vertical turning means 11 Sensor Unit 12 Laser irradiation device 13 First imaging device 13a Imaging lens 14 Interference filter 15 Image processing device 16 Image capture control device (external trigger controller) 17 Welding power source 18 Camera controller 19 Host computer

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶接電圧の低下を検出した時に、高出力
パルスレーザを発生するレーザ光照射装置から上記溶接
トーチの進行方向前方の直近に位置する開先にレーザ線
状光を照射すると共に、撮像装置の高速電子シャッタを
開放して、干渉ファイルタを透して光切断像及び溶融池
画像を撮像し、 光切断像を近似処理して開先特徴点座標を抽出すると共
に、溶融池画像の重心点に初期設定値を加えてワイヤ先
端位置を算出し、これらに基づいて溶接トーチのワイヤ
先端位置を補正するようにしたことを特徴とする倣い溶
接方法。
1. When a decrease in welding voltage is detected, a laser beam irradiating device for generating a high-power pulse laser irradiates a groove located in front of the welding torch in the advancing direction with laser linear light, and The high-speed electronic shutter of the image pickup device is opened, the light cut image and the weld pool image are taken through the interference filer, the light cut image is approximated to extract the groove feature point coordinates, and the weld pool image is obtained. The method of profile welding according to claim 1, wherein the wire tip position is calculated by adding an initial setting value to the center of gravity point of, and the wire tip position of the welding torch is corrected based on these values.
【請求項2】 前記溶接電圧の低下が、短絡アーク溶接
の溶滴短絡移行時に生じる請求項1に記載の倣い溶接方
法。
2. The profile welding method according to claim 1, wherein the decrease of the welding voltage occurs at the time of transition to the droplet short circuit in the short circuit arc welding.
【請求項3】 前記溶接電圧の低下が、パルスアーク溶
接の電源電流遮断時に生じる請求項1に記載の倣い溶接
方法。
3. The profile welding method according to claim 1, wherein the decrease of the welding voltage occurs when the power supply current is cut off in pulse arc welding.
【請求項4】 前記高出力パルスレーザが、1〜200
Wの出力に設定されている請求項1乃至請求項3のいず
れかに記載の倣い溶接方法。
4. The high-power pulsed laser is 1-200.
The profile welding method according to claim 1, wherein the output is set to W.
【請求項5】 前記レーザ線状光が、溶接トーチの進行
方向前方30〜100mmに位置する開先に照射される
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の倣い溶接方
法。
5. The profiling welding method according to claim 1, wherein the laser linear light is applied to a groove located 30 to 100 mm forward of the welding torch in the traveling direction.
【請求項6】 前記高速電子シャッタのシャッタ速度
が、0.1〜1msecに設定されている請求項1乃至
請求項5のいずれかに記載の倣い溶接方法。
6. The copy welding method according to claim 1, wherein the shutter speed of the high-speed electronic shutter is set to 0.1 to 1 msec.
【請求項7】 前記干渉フィルタが、当該レーザ光の波
長±10nm以下に設定される請求項1乃至請求項6の
いずれかに記載の倣い溶接方法。
7. The copy welding method according to claim 1, wherein the interference filter is set to have a wavelength of the laser light of ± 10 nm or less.
【請求項8】 前記光切断像及び溶融池画像を複数回撮
像し、各画像を2値化後、論理積演算処理により開先特
徴点座標を抽出するようにした請求項1乃至請求項7の
いずれかに記載の倣い溶接方法。
8. The method according to claim 1, wherein the light section image and the molten pool image are captured a plurality of times, each image is binarized, and the groove feature point coordinates are extracted by a logical product calculation process. The welding method according to any one of 1.
【請求項9】 前記溶融池画像の重心点と中心点との座
標差を算出し、この算出値に基づいて溶接条件を制御す
るようにした請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の
倣い溶接方法。
9. The method according to claim 1, wherein the coordinate difference between the center of gravity and the center of the molten pool image is calculated, and the welding condition is controlled based on the calculated value. Copy welding method.
【請求項10】 開先手前および開先奥における溶接電
流の平均値の比が所定値以上になった場合にワイヤ先端
位置が開先奥にあると判定し、これに基づいて溶接トー
チのワイヤ先端位置を補正するようにした請求項1乃至
請求項9のいずれかに記載の倣い溶接方法。
10. The wire of the welding torch is determined based on the fact that the wire tip position is determined to be inside the groove when the ratio of the average values of the welding currents before and after the groove exceeds a predetermined value. The profile welding method according to claim 1, wherein the tip position is corrected.
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