JPH09225640A - 溶接加工制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自動溶接システムにおいて、画像検出手段を付
加し溶融プール表面の凹凸の度合いを測定し、溶接状態
を判断することを可能とし、これをもとに自動機を制御
し溶接状態を安定化させ高品質の溶接を行う溶接加工シ
ステムを実現する。 【解決手段】溶接加工時に溶融プール１０に映る電極も
しくはワイヤの像を捕らえる画像検出手段３と、検出さ
れた画像より溶融プール表面の凹凸度を演算する画像処
理手段４と、溶接条件を制御する溶接条件制御手段６と
を有し、溶融プール表面の凹凸に応じて溶接条件を補正
し、最適な状態になるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＴＩＧ溶接法また
は消耗電極溶接法による溶接装置において、被加工物体
の溶融プール表面の凹凸状態を検出して加工の制御を行
う自動溶接加工システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平6−47542号公報に開示のよ
うに溶融プール形状を観測し、その形状から加工条件を
修正するものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の溶融プール
の面積や幅を観測し加工条件を修正する方式では、入力
電力の大小などの指標としては良好であったが、溶け落
ちなどの現象に対しては予測困難であり状況を把握する
事ができなかった。特に、溶接トーチから見て部材の裏
側に発生する裏波ビードを制御する必要のある溶接作業
では、溶融プールの面積や横幅などより得られるデータ
のみからでは、二次元的なとけ込み量のみの判断しか出
来ず、とけ込み深さや裏面への落ちを推定することが困
難であり裏波ビードの出方まで把握することができなか
った。これらの問題の解決には、これまで、試行錯誤に
より溶接条件を設定する手法が用いられたが、これら
は、人の経験的判断による絞り込みに依存している状態
であり、自動化推進の上で問題となっていた。

【０００４】本発明の目的は、溶融プール表面の凹凸を
認識することにより、溶接現象の進行状態を把握するこ
とを可能とし、溶け落ちの防止、また裏波の制御などを
自動機で対応させ、溶接状態を安定化させ高品質の溶接
を実施できる溶接加工システムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は溶接加工時に溶融プールに映る電極もしく
は、ワイヤ先端像の観測ができるように設置した画像検
出手段と、該検出された画像信号をディジタル化したの
ち各画素の輝度値を記憶し、処理を行う画像処理手段
と、溶接条件を制御する溶接条件制御手段と、を有し、
前記画像検出手段によって取得した画像を画像処理手段
へ入力し、溶融プールに映る電極もしくは、ワイヤ先端
像を識別し、その形状より溶融プール表面の凹凸を認識
し、該算出された溶融プール表面の凹凸を基に溶接条件
制御手段で溶接加工条件を修正し溶接作業を制御する自
動溶接加工システムを構成した。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて説明する。

【０００７】図１は本発明の一実施例を示す説明図であ
る。本実施例ではＴＩＧ溶接に適用した例を示す。図１
は被加工物体１，２を溶接している途中を示しており、
溶接トーチ８の直下には溶融プール１０が存在する。ま
た、溶接トーチ８は図中右から左へ進行しており、向か
って溶融プール右方にはビードが形成されている。画像
検出手段３は溶融プールに映る電極の像を観測できる位
置に設置されている。また溶接トーチ８と画像検出手段
３は移動手段７に保持されており、常に同一の位置関係
となる。また、フィラワイヤとその供給装置は図示して
いない。

【０００８】本実施例では、画像検出手段３は、ＩＴＶ
カメラを用いており、ＩＴＶカメラは近赤外線まで感度
のあるＣＣＤを備え、アーク光を避けて、溶融プールに
映る電極の像を観測するために可視光線をカットする赤
外線透過フィルタをレンズ先端に装着している。

【０００９】画像処理手段４は画像検出手段３により取
得した画像より、溶融プールに映る電極の像を識別し、
その形状を読みとり、溶融プールの表面が凹であるか凸
であるかを計算する。

【００１０】溶接条件制御手段５は算出された溶融プー
ルの表面の凹凸情報に基づき、溶接加工条件を修正し移
動手段７へ位置補正指令、溶接電源６へ電力補正指令を
出力する。

【００１１】溶接電源６は予めティーチングされた数値
を基に溶接電力を制御するが、溶接条件制御手段５から
の電力補正指令を参照し、溶接電力を修正する。また、
移動装置７も同様にティーチングされた経路をプレイバ
ック動作するが、溶接条件制御手段５より算出された位
置補正値を参照し、移動速度，位置を修正する。

【００１２】また、本実施例に示すＴＩＧ溶接機は低周
波パルス溶接機であり、周期的な矩形の電流を電極に印
加する。このパルスのタイミングを溶接条件制御手段
５，画像処理手段４にフィードバックしており、画像処
理手段４は、溶接電流のパルス周期の任意のタイミング
で、画像を取得できる構成となっている。

【００１３】以上の構成による本実施例の動作を以下に
説明する。ただし、本実施例に示すＴＩＧ溶接装置は、
予め、溶接トーチの動き、溶接電力などは設定してあ
り、プレイバックモードで溶接作業を実行するシステム
であるとする。動作は、溶接途中の物であり、溶接開始
端，溶接終了端での処理は省略する。

【００１４】溶接途中、画像処理手段４は溶接電源６か
らフィードバックされるタイミング信号を参照して、溶
接電流が低くなった時点で、画像検出手段３より画像を
取り込む、この画像１２を模式的に表した物を図２に示
す。画像１２では、溶接電流が低いタイミングで画像を
取得していること、また、近赤外線領域の映像を捕らえ
ていることから、発熱によって、明るく光輝く電極９と
溶融プール１０に映る電極像１１が観測される。溶融プ
ール１０は溶融による反射率増加のため、図２の様に非
常に良く電極像１１が映し出される。

【００１５】画像処理手段４では、取得した画像１２よ
り、電極像１１を識別し、溶融プール１０の表面が凹で
あるか凸であるかを計算する。図３から図６で計算の様
子を示す。図３では図２に示す画像１２を二値化した画
像１３を示す。二値化後の画像には、電極９と電極の像
１１のみが、明るい部分として残る。画像検出手段３と
溶接トーチの位置関係から、電極像１１の現れる位置は
大きくは変化しないので、マスク１４をかけることによ
り容易に電極像１１のみを取り出せる。この様子を図４
に示す。また、マスクを用いる代わりに電極像が存在す
る領域をウィンドウとして取り出して、そのウィンドウ
に対してのみ処理を行ってもよい。

【００１６】次に電極像１１のみを取り出して、溶融プ
ール表面が凹であるか凸であるかを計算する。この様子
を図５に示す。本実施例では、まず、電極の先端１５と
電極の平行部の始まり点１６を結ぶ線分１７を算出す
る。次に線分１７の中点を算出し、この中点を通り線分
１７に垂直な直線を算出し、この直線上での線分１７と
電極の像の端との距離１８を溶融プール表面が凹である
か凸であるかを判断するパラメータとして読みとる。

【００１７】距離１８は、図５に示す状態でプラスであ
るとすると、溶融プール表面の凸度が大きいほど、プラ
スになり、溶融プール表面がフラットな状態でゼロ，溶
融プール表面が凹の状態でマイナスの値をとる。

【００１８】画像処理手段４では、以上の様にして得ら
れた距離１８を溶融プール表面の凹凸の状態を示す指標
として出力する。画像処理手段４で行われる電極像から
溶融プール表面の凹凸を演算する処理のフローチャート
を図６に示す。また、本実施例は処理手法の一例を示す
ものであり、処理手法は特にこれに限定しない。

【００１９】溶接条件制御手段５では、画像処理手段４
により、得られた溶融プール表面の凹凸を表す指標を参
照して、溶接条件の補正を行う。溶接の条件が良好であ
る場合には溶融プールの表面は適度な凸となる。この場
合の距離１８を予め記憶しておき、計測した距離と比較
して、良好な状態より凹であるか、凸であるかを判断す
る。次に判断した結果に基づき溶接条件を補正する。こ
こでは、その補正の一例を図７により示す。画像処理手
段４により計測された距離１８は凹凸の度合い判定部５
ａで溶接の条件が良好である場合の記憶している最適な
距離と比較され、比較した結果より現在の凹凸の度合い
を凹凸の度合い判定部５ｂで判定する。判定により処理
を分岐させ、それぞれの場合（大きくプラス，少しプラ
ス，だいたいゼロ，少しマイナス，大きくマイナス）に
合わせて補正量を決定するための処理を補正量決定部５
ｃでおこない、出力ｉ／ｆ５ｄで電力補正指令と位置補
正指令に変換し出力する。

【００２０】溶接電源６はティーチングされた電力に従
って電力制御を行っているが、出力された電力補正指令
を受け取ると、これに従って印加する電力を修正する。
同様に、移動装置７はティーチングされた位置，速度情
報に従って移動を行っているが、出力された位置補正指
令を受け取ると、これに従って、トーチの位置，速度を
修正する。

【００２１】以上の様にして、本実施例に示す溶接機は
溶接作業条件を制御して溶融プールの表面の膨らみを一
定に保つことにより安定したビードを生成し、信頼性の
高い自動溶接運転を実施することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、溶融プールの表面の膨
らみを一定に保つことにより、溶接状態を安定化させ安
定したビードを生成し欠陥のない溶接を行うことが出
来、高品質の溶接を実施できる溶接加工システムを実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動溶接装置の一実施例を示す説
明図。

【図２】画像処理手段によって取得した画像の説明図。

【図３】画像処理手段によって取得した画像を二値化し
た場合の説明図。

【図４】二値化した画像にマスクをかけ電極像のみを残
す場合の説明図。

【図５】電極像から溶融プールの凹凸の指標を計算する
場合の説明図。

【図６】溶融プール表面の凹凸を演算する処理のフロー
チャート。

【図７】溶融プールの凹凸から溶接条件補正量を演算す
る場合のフローチャート。

【符号の説明】

１，２…被加工物体、３…画像検出手段、４…画像処理
手段、５…溶接条件制御手段、６…溶接電源、７…移動
装置、８…溶接トーチ、９…電極、１０…溶融プール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＴＩＧ溶接法または消耗電極溶接法による
   溶接装置において、 溶接トーチと角度をもって配置され、溶融プールを観測
   するように設置された画像検出手段と、検出された画像
   信号をディジタル化したのち各画素の輝度値を記憶し、
   処理を行う画像処理手段と、溶接条件を制御する溶接条
   件制御手段と、を有する溶接加工システムにおいて、前
   記画像検出手段を前記溶融プールに映る前記溶接トーチ
   の電極もしくは、ワイヤ先端像の観測ができるように設
   置し、前記溶融プールに映る電極もしくは、前記ワイヤ
   先端像より前記溶融プールの表面が凸であるか、また凹
   であるか、また、その度合いを計算し、得られた凹凸の
   パラメータを参照して前記溶接条件制御手段にて溶接電
   力，トーチ移動速度などを制御し、自動的に溶接加工作
   業を適切に制御することを特徴とする溶接加工制御シス
   テム。