JPH10244385A - レーザービーム溶接の溶接線検出方法、溶接方法および溶接装置 - Google Patents
レーザービーム溶接の溶接線検出方法、溶接方法および溶接装置Info
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- JPH10244385A JPH10244385A JP9049232A JP4923297A JPH10244385A JP H10244385 A JPH10244385 A JP H10244385A JP 9049232 A JP9049232 A JP 9049232A JP 4923297 A JP4923297 A JP 4923297A JP H10244385 A JPH10244385 A JP H10244385A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザービーム溶接の溶接線を精度よく検出
する方法とこれを利用した溶接方法および溶接装置の提
供。 【解決手段】 波長0.8 μｍ以上の長波長側の感度特性
を有する撮像装置で溶融池を撮影してキーホール像を得
て、キーホール像内の黒線像を溶接線として検出する方
法と、これを利用した溶接方法および溶接装置。
する方法とこれを利用した溶接方法および溶接装置の提
供。 【解決手段】 波長0.8 μｍ以上の長波長側の感度特性
を有する撮像装置で溶融池を撮影してキーホール像を得
て、キーホール像内の黒線像を溶接線として検出する方
法と、これを利用した溶接方法および溶接装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザービーム溶接
の自動化に必要な溶接線の検出方法、およびそれを利用
したレーザービーム溶接方法と溶接装置に関するもので
ある。
の自動化に必要な溶接線の検出方法、およびそれを利用
したレーザービーム溶接方法と溶接装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】金属板材や構造材の溶接、あるいは管、
容器の製造などに近年高エネルギー密度のレーザーが使
われるようになってきた。レーザービーム溶接の溶接点
では細くて深い、いわゆるキーホールが形成され、高品
質の溶接が可能である。レーザービーム溶接では特に溶
融幅が小さく（0.5 mm程度）、精度の高い溶接線検出が
要求される。以下、金属管の溶接を例に本発明について
述べる。
容器の製造などに近年高エネルギー密度のレーザーが使
われるようになってきた。レーザービーム溶接の溶接点
では細くて深い、いわゆるキーホールが形成され、高品
質の溶接が可能である。レーザービーム溶接では特に溶
融幅が小さく（0.5 mm程度）、精度の高い溶接線検出が
要求される。以下、金属管の溶接を例に本発明について
述べる。
【０００３】図７はレーザービーム溶接管製造プロセス
の模式図である。金属帯を筒状に成形したオープンパイ
プ１２はフィンパスロール２１で開口部の方向を位置決
めされ、スクィーズロール２２によって両エッジ部が突
き合わされる。レーザーヘッド１６からはレーザーが照
射されて溶接線４が溶接されパイプ１３となる。
の模式図である。金属帯を筒状に成形したオープンパイ
プ１２はフィンパスロール２１で開口部の方向を位置決
めされ、スクィーズロール２２によって両エッジ部が突
き合わされる。レーザーヘッド１６からはレーザーが照
射されて溶接線４が溶接されパイプ１３となる。
【０００４】オープンパイプ１２の開口方向はフィンパ
スロール２１で位置決めされるとはいえ、常に一定方向
にはならない。すなわち、金属帯に曲がり（キャンバ
ー）がある場合や、素材の金属帯を連続的につなぎあわ
せる場合（以下、横継ぎという）に継ぎ目が曲がってい
たり、あるいは横継ぎ前後で金属帯の厚み差、幅差があ
る場合など、溶接点付近で溶接線４は進行方向の左右に
振れる。従って、レーザーヘッド１６は溶接線４に追随
する手段を持たなければならない。このため従来から溶
接線の追随方法が種々検討されてきた。
スロール２１で位置決めされるとはいえ、常に一定方向
にはならない。すなわち、金属帯に曲がり（キャンバ
ー）がある場合や、素材の金属帯を連続的につなぎあわ
せる場合（以下、横継ぎという）に継ぎ目が曲がってい
たり、あるいは横継ぎ前後で金属帯の厚み差、幅差があ
る場合など、溶接点付近で溶接線４は進行方向の左右に
振れる。従って、レーザーヘッド１６は溶接線４に追随
する手段を持たなければならない。このため従来から溶
接線の追随方法が種々検討されてきた。
【０００５】例えば、図７の装置では回転軸１７に取り
付けられたアーム１８にレーザーヘッド１６が取り付け
られ、さらにアームの先端に取り付けられたガイドロー
ラ２３がオープンパイプ１２の開口部にはまり込んでい
る。溶接線４の振れは開口部の振れに対応しているとみ
なされる。従って、ガイドローラ２３が左右に振れる
と、レーザーヘッド１６もこれに追随し、溶接線に追随
する仕組みになっている。このような原理に基づくガイ
ドローラー方式については、このほか各種の技術が開示
されている。
付けられたアーム１８にレーザーヘッド１６が取り付け
られ、さらにアームの先端に取り付けられたガイドロー
ラ２３がオープンパイプ１２の開口部にはまり込んでい
る。溶接線４の振れは開口部の振れに対応しているとみ
なされる。従って、ガイドローラ２３が左右に振れる
と、レーザーヘッド１６もこれに追随し、溶接線に追随
する仕組みになっている。このような原理に基づくガイ
ドローラー方式については、このほか各種の技術が開示
されている。
【０００６】例えば特開平８−２５２６８０号公報で
は、ガイドローラーとレーザーヘッドを取り付けた回転
アームの回転中心をフィンパスロール直上に置いてい
る。
は、ガイドローラーとレーザーヘッドを取り付けた回転
アームの回転中心をフィンパスロール直上に置いてい
る。
【０００７】この方法は、固定されたフィンパスロール
を中心にして、溶接線は直線状に振れることを前提にし
ており、レーザーヘッド、ガイドローラー、および回転
中心は常に一直線に並んでいる。しかし、被溶接材料の
継ぎ目等で、前述の溶接線に著しい曲がりがある場合
や、不連続になっている場合にはレーザーヘッドと溶接
点にズレが生じる。溶接位置がずれると融け込み不良と
なり、品質上大きな問題が生じやすい。
を中心にして、溶接線は直線状に振れることを前提にし
ており、レーザーヘッド、ガイドローラー、および回転
中心は常に一直線に並んでいる。しかし、被溶接材料の
継ぎ目等で、前述の溶接線に著しい曲がりがある場合
や、不連続になっている場合にはレーザーヘッドと溶接
点にズレが生じる。溶接位置がずれると融け込み不良と
なり、品質上大きな問題が生じやすい。
【０００８】ガイドローラー方式のほか、溶接線を検出
する方法として、超音波距離計を用いる方法、ＴＶカメ
ラで突き合わせ部の画像を捉えズレ量を測定する方法な
どがあるが、いずれも溶接点から離れた上流側で検出す
るため、溶接線の曲がりや不連続がある場合はガイドロ
ーラー方式と同様の問題がある。
する方法として、超音波距離計を用いる方法、ＴＶカメ
ラで突き合わせ部の画像を捉えズレ量を測定する方法な
どがあるが、いずれも溶接点から離れた上流側で検出す
るため、溶接線の曲がりや不連続がある場合はガイドロ
ーラー方式と同様の問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題はレーザ
ービーム溶接の品質向上のため、キーホール溶接域にお
ける溶接線を精度よく検出する方法とこれを利用した溶
接方法、および自動溶接制御装置を提供することにあ
る。
ービーム溶接の品質向上のため、キーホール溶接域にお
ける溶接線を精度よく検出する方法とこれを利用した溶
接方法、および自動溶接制御装置を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】発明者はレーザービーム
溶接における溶融池像に画像処理を行うことに着目し、
いわゆるキーホール像において溶接線が黒線となって認
識できることを見出し、これを溶接線検出に利用できる
ことを確認して本発明を完成した。しかも、この黒線は
溶接直前の状態で溶接線を±0.03〜 0.1mmの精度で示し
ていることから、非常に精度の高い溶接線検出が可能に
なることが判明した。 本発明の手段は下記の方法およ
び装置による。
溶接における溶融池像に画像処理を行うことに着目し、
いわゆるキーホール像において溶接線が黒線となって認
識できることを見出し、これを溶接線検出に利用できる
ことを確認して本発明を完成した。しかも、この黒線は
溶接直前の状態で溶接線を±0.03〜 0.1mmの精度で示し
ていることから、非常に精度の高い溶接線検出が可能に
なることが判明した。 本発明の手段は下記の方法およ
び装置による。
【００１１】(1) キーホール溶接条件下で行うレーザー
ビーム溶接の溶接線検出方法において、撮像装置によっ
てキーホール像を得ること、およびキーホール像内の黒
線像を溶接線として溶接線検出を行うことを特徴とする
レーザービーム溶接の溶接線検出方法。
ビーム溶接の溶接線検出方法において、撮像装置によっ
てキーホール像を得ること、およびキーホール像内の黒
線像を溶接線として溶接線検出を行うことを特徴とする
レーザービーム溶接の溶接線検出方法。
【００１２】(2) 前記キーホール像の撮影に波長0.8 μ
ｍ以上の長波長側の感度特性を有する撮像装置を用いる
前記(1) 項に記載のレーザービーム溶接の溶接線検出方
法。
ｍ以上の長波長側の感度特性を有する撮像装置を用いる
前記(1) 項に記載のレーザービーム溶接の溶接線検出方
法。
【００１３】(3) キーホール溶接条件下で行うレーザー
ビーム溶接の溶接線検出方法において、撮像装置によっ
てキーホール像を得ること、キーホール像内の黒線像を
溶接線として溶接線検出を行うこと、および、キーホー
ル像の位置と、検出された溶接線の位置と、予め設定し
ておいた前記撮像装およびレーザーヘッドの位置関係と
に基づきレーザーヘッドの位置を制御することを特徴と
するレーザービーム溶接方法。
ビーム溶接の溶接線検出方法において、撮像装置によっ
てキーホール像を得ること、キーホール像内の黒線像を
溶接線として溶接線検出を行うこと、および、キーホー
ル像の位置と、検出された溶接線の位置と、予め設定し
ておいた前記撮像装およびレーザーヘッドの位置関係と
に基づきレーザーヘッドの位置を制御することを特徴と
するレーザービーム溶接方法。
【００１４】(4) 波長0.8 μｍ以上の長波長側の感度特
性を有する撮像装置と、前記撮像装置によってキーホー
ル像を得てキーホール中心を検出する装置と、キーホー
ル像内の黒線像を溶接線として溶接線検出を行う装置
と、キーホール像の位置と、検出された溶接線の位置
と、予め設定しておいた前記撮像装置およびレーザーヘ
ッドの位置関係とに基づきレーザーヘッドの位置を制御
する装置とを備えたことを特徴とするレーザービーム溶
接装置。
性を有する撮像装置と、前記撮像装置によってキーホー
ル像を得てキーホール中心を検出する装置と、キーホー
ル像内の黒線像を溶接線として溶接線検出を行う装置
と、キーホール像の位置と、検出された溶接線の位置
と、予め設定しておいた前記撮像装置およびレーザーヘ
ッドの位置関係とに基づきレーザーヘッドの位置を制御
する装置とを備えたことを特徴とするレーザービーム溶
接装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１にレーザービーム溶接の溶接
部の模式図をあらわす。同図(a) は溶接進行の斜め前方
から見た斜視図、同図(b) は側面断面図である。
部の模式図をあらわす。同図(a) は溶接進行の斜め前方
から見た斜視図、同図(b) は側面断面図である。
【００１６】溶接部を撮影するための撮像装置３は溶接
線４、溶融池６、およびキーホール５を正対直視しうる
位置に配置する。撮像装置３本体は図１(a) または(b)
のように溶融池６の後方に配置してもよいし、適当な鏡
筒、或いは光ファイバーライトガイドなどの光学系によ
り、別位置に配置された撮像装置まで光学的に画像を導
き出してもよい。
線４、溶融池６、およびキーホール５を正対直視しうる
位置に配置する。撮像装置３本体は図１(a) または(b)
のように溶融池６の後方に配置してもよいし、適当な鏡
筒、或いは光ファイバーライトガイドなどの光学系によ
り、別位置に配置された撮像装置まで光学的に画像を導
き出してもよい。
【００１７】レーザービームによるキーホール溶接では
図１に示すように、キーホール内部から上方に向かって
高輝度のプラズマ７が形成される。可視光域でのプラズ
マ７の輝度は溶融池６に比べてはるかに高い。
図１に示すように、キーホール内部から上方に向かって
高輝度のプラズマ７が形成される。可視光域でのプラズ
マ７の輝度は溶融池６に比べてはるかに高い。
【００１８】図３は通常の可視光域のカメラで撮像した
画像の模式図を示す。図３においては、溶接部の画像を
輝度の階調別に〜の領域に分けている。が最も輝
度が高く、はもっとも輝度が低い。図３のの領域は
プラズマで、輝度の階調をつけてもプラズマの画像しか
得られない。
画像の模式図を示す。図３においては、溶接部の画像を
輝度の階調別に〜の領域に分けている。が最も輝
度が高く、はもっとも輝度が低い。図３のの領域は
プラズマで、輝度の階調をつけてもプラズマの画像しか
得られない。
【００１９】ここで、プラズマと溶融池との放出光のス
ペクトルを調べると、図２のようになる。可視光域（波
長0.36〜0.83μｍ）ではプラズマの方がはるかに輝度が
高いが、これより長波長側の近赤外域では溶融池の方が
輝度が高くなる。従って、長波長のみを使えば溶融池の
観察が可能である。
ペクトルを調べると、図２のようになる。可視光域（波
長0.36〜0.83μｍ）ではプラズマの方がはるかに輝度が
高いが、これより長波長側の近赤外域では溶融池の方が
輝度が高くなる。従って、長波長のみを使えば溶融池の
観察が可能である。
【００２０】図４は各種のフィルターを用いてキーホー
ルを撮像した結果を示す図である。図４(a) は通常の減
光フィルターを用いて可視光領域で撮像したもので、図
４(b) は0.7 μｍ、(c) は0.8 μｍ、(d) は1.2 μｍの
それぞれ単一波長光を透過する選択波長特性のフィルタ
ーを用いたものである。これにより、0.8 μｍ以上の波
長でプラズマ像が遮蔽され、溶融池の状況がよく見える
ようになることがわかる。
ルを撮像した結果を示す図である。図４(a) は通常の減
光フィルターを用いて可視光領域で撮像したもので、図
４(b) は0.7 μｍ、(c) は0.8 μｍ、(d) は1.2 μｍの
それぞれ単一波長光を透過する選択波長特性のフィルタ
ーを用いたものである。これにより、0.8 μｍ以上の波
長でプラズマ像が遮蔽され、溶融池の状況がよく見える
ようになることがわかる。
【００２１】図４(c) または(d) でキーホール像１０の
溶接進行方向側に黒線９が見えるが、これは溶接線であ
る。この溶接線の画像の明瞭度を確認するため、以下の
実験を行った。
溶接進行方向側に黒線９が見えるが、これは溶接線であ
る。この溶接線の画像の明瞭度を確認するため、以下の
実験を行った。
【００２２】図５のように鋼製の試験片１を２つ用意
し、これら試験片１の突き合わせ部ギャップ１１を0.1
mmピッチで、0.0 〜0.5 mmの範囲で変えて試験片をレー
ザービーム溶接し、画像上の黒線９の幅を測定した。こ
の時のフィルター波長は1.2 μｍであった。
し、これら試験片１の突き合わせ部ギャップ１１を0.1
mmピッチで、0.0 〜0.5 mmの範囲で変えて試験片をレー
ザービーム溶接し、画像上の黒線９の幅を測定した。こ
の時のフィルター波長は1.2 μｍであった。
【００２３】図６に実際の突き合わせギャップ量と画像
上の黒線９の幅との関係を示す。ギャップ１１が0.1 mm
以上の場合、画像上の黒線９の幅は実際のギャップの大
きさに対応している。しかし、実際のギャップが０の場
合でも0.05mm程度の黒線が観察される。すなわち、完全
に突き合わせても、溶接線は画像上で0.05mm程度の黒線
として捉えられることがわかった。このギャップに約1
0.0 kgf/mm2のアップセット力を加えて溶接しても、0.0
5mm程度の黒線の幅は変わらない。
上の黒線９の幅との関係を示す。ギャップ１１が0.1 mm
以上の場合、画像上の黒線９の幅は実際のギャップの大
きさに対応している。しかし、実際のギャップが０の場
合でも0.05mm程度の黒線が観察される。すなわち、完全
に突き合わせても、溶接線は画像上で0.05mm程度の黒線
として捉えられることがわかった。このギャップに約1
0.0 kgf/mm2のアップセット力を加えて溶接しても、0.0
5mm程度の黒線の幅は変わらない。
【００２４】このように画像で捉えられたキーホール像
１０と黒線９とを認識する画像処理によって、画像上で
の溶接線４の位置がわかる。例えば図８のように、撮像
装置３とレーザーヘッド１６とを一体構成することによ
り、あらかじめ撮像装置３とレーザーヘッドの位置関係
を設定することができ、溶接線４の画像上の位置を知る
ことによって、溶接線４とレーザーヘッド１６との相対
位置ズレ量がわかる。このズレ量が分かれば、レーザー
ヘッド１６を溶接線４に合わせるように制御することが
できる。具体的には、黒線９の画像の水平方向位置が画
面上の特定の位置になるように撮像装置３の位置、すな
わちレーザーヘッド１６の位置を変えればよい。
１０と黒線９とを認識する画像処理によって、画像上で
の溶接線４の位置がわかる。例えば図８のように、撮像
装置３とレーザーヘッド１６とを一体構成することによ
り、あらかじめ撮像装置３とレーザーヘッドの位置関係
を設定することができ、溶接線４の画像上の位置を知る
ことによって、溶接線４とレーザーヘッド１６との相対
位置ズレ量がわかる。このズレ量が分かれば、レーザー
ヘッド１６を溶接線４に合わせるように制御することが
できる。具体的には、黒線９の画像の水平方向位置が画
面上の特定の位置になるように撮像装置３の位置、すな
わちレーザーヘッド１６の位置を変えればよい。
【００２５】ところで、レーザーヘッド１６の位置は画
像上ではキーホール像１０の中心として捉えられている
から、溶接線４とレーザーヘッド１６の位置のズレは溶
接線を示す黒線９の位置とキーホール像１０の中心との
ズレとして捉えることができる。
像上ではキーホール像１０の中心として捉えられている
から、溶接線４とレーザーヘッド１６の位置のズレは溶
接線を示す黒線９の位置とキーホール像１０の中心との
ズレとして捉えることができる。
【００２６】従って、このような点から言えば、撮像装
置３は必ずしもレーザーヘッド１６と一体に構成する必
要はなく、例えば装置全体の基礎に直結して設置しても
よい。この場合は、撮像装置３で得られた溶接部の画像
に基づいてキーホール像１０と黒線９よりキーホール５
と溶接線４を検出し、キーホール５の中心位置と溶接線
４の中心位置との距離差を認識すること、そしてこの距
離差を小さくする方向にレーザーヘッドを移動させるこ
とによってレーザーヘッドの位置を制御してもよい。こ
の場合、例えば撮像装置３をレーザーヘッド１６から独
立した位置関係にあると考え、レーザヘッド１６だけを
位置制御するだけで直接的に溶接線４の位置にキーホー
ル５の中心（すなわちレーザーヘッド位置）を合わせる
ことができるので、レーザーヘッド１６の位置制御は更
に容易に、かつ精度が高くなる。
置３は必ずしもレーザーヘッド１６と一体に構成する必
要はなく、例えば装置全体の基礎に直結して設置しても
よい。この場合は、撮像装置３で得られた溶接部の画像
に基づいてキーホール像１０と黒線９よりキーホール５
と溶接線４を検出し、キーホール５の中心位置と溶接線
４の中心位置との距離差を認識すること、そしてこの距
離差を小さくする方向にレーザーヘッドを移動させるこ
とによってレーザーヘッドの位置を制御してもよい。こ
の場合、例えば撮像装置３をレーザーヘッド１６から独
立した位置関係にあると考え、レーザヘッド１６だけを
位置制御するだけで直接的に溶接線４の位置にキーホー
ル５の中心（すなわちレーザーヘッド位置）を合わせる
ことができるので、レーザーヘッド１６の位置制御は更
に容易に、かつ精度が高くなる。
【００２７】本発明にあっては上述のいずれの場合も含
めて「予め設定しておいた撮像装置とレーザーヘッドと
の位置関係」という。図８は本発明のレーザービーム溶
接装置の構成例を示す。この装置では、撮像装置（カメ
ラ）３はアーム１８の延長上に取り付けられ、溶接点す
なわちキーホール像１０と黒線９とをほぼ視野の中心に
とらえている。画像信号は画像処理装置１９に入力さ
れ、黒線９とキーホール像１０の中心の位置ズレ量は電
気信号に変換され、サーボ制御装置２４に入力される。
さらにサーボ制御装置２４はリニア型のサーボモータ２
５を駆動し、黒線９とキーホール像１０の中心との位置
ズレが最小になるようにレーザーヘッド１６を移動させ
る。
めて「予め設定しておいた撮像装置とレーザーヘッドと
の位置関係」という。図８は本発明のレーザービーム溶
接装置の構成例を示す。この装置では、撮像装置（カメ
ラ）３はアーム１８の延長上に取り付けられ、溶接点す
なわちキーホール像１０と黒線９とをほぼ視野の中心に
とらえている。画像信号は画像処理装置１９に入力さ
れ、黒線９とキーホール像１０の中心の位置ズレ量は電
気信号に変換され、サーボ制御装置２４に入力される。
さらにサーボ制御装置２４はリニア型のサーボモータ２
５を駆動し、黒線９とキーホール像１０の中心との位置
ズレが最小になるようにレーザーヘッド１６を移動させ
る。
【００２８】画像処理装置１９において、キーホール像
１０の中心に対する黒線９の距離差（図４においては水
平方向の距離差）を電圧、ディジタル値等の出力信号に
変換する方法は通常の画像処理技術を用いればよい。
１０の中心に対する黒線９の距離差（図４においては水
平方向の距離差）を電圧、ディジタル値等の出力信号に
変換する方法は通常の画像処理技術を用いればよい。
【００２９】
（参考例）本発明の溶接線検出方法の性能を確認するた
め、図７のような従来技術による構成で鋼管のレーザー
ビーム溶接装置に試験材を流した。
め、図７のような従来技術による構成で鋼管のレーザー
ビーム溶接装置に試験材を流した。
【００３０】図１１に示すように、試験材１２にはマー
クをつけた。すなわち、あらかじめ鋼帯に位置確認用マ
ークとして、エッジ近傍には1 ｍ毎にマーク１４をつ
け、画像モニター上の像と鋼管長手方向の対応が取れる
ようにし、両側エッジから10mmの位置にケガキ線１５を
入れ、製管後の溶接線測定の基準とした。
クをつけた。すなわち、あらかじめ鋼帯に位置確認用マ
ークとして、エッジ近傍には1 ｍ毎にマーク１４をつ
け、画像モニター上の像と鋼管長手方向の対応が取れる
ようにし、両側エッジから10mmの位置にケガキ線１５を
入れ、製管後の溶接線測定の基準とした。
【００３１】溶接線の変動状況のデータを幅広く採取す
るため、製管中の鋼管の溶接線を意図的にずらせるべ
く、フィンパスロール２１の軸受けの取り付けボルトを
ゆるめて約3mmの隙間（±1.5mm のガタ）をつくった。
るため、製管中の鋼管の溶接線を意図的にずらせるべ
く、フィンパスロール２１の軸受けの取り付けボルトを
ゆるめて約3mmの隙間（±1.5mm のガタ）をつくった。
【００３２】図８に示すように、撮像装置３の画像情報
は画像処理装置１９を通して、画像モニター２０で観察
すると同時に、画像を録画した。製管時の溶接条件を表
１に示す。
は画像処理装置１９を通して、画像モニター２０で観察
すると同時に、画像を録画した。製管時の溶接条件を表
１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】溶接後の鋼管は20mmピッチで溶接線位置
（両ケガキ線の中点）と溶接ビード中心位置の差（これ
を実測値と呼ぶ）を測定した。一方、録画された画像上
で、鋼管上の1 ｍ毎のマーク１４と対応を取りながらモ
ニター上の黒線像９とキーホール像１０の中心位置の差
（これを検出値と呼ぶ）を目視で読みとった。図９に実
測値と検出値の差の分布を示す。同図のように、実測値
と検出値とは標準偏差σ＝0.06mm以内で一致していた。
（両ケガキ線の中点）と溶接ビード中心位置の差（これ
を実測値と呼ぶ）を測定した。一方、録画された画像上
で、鋼管上の1 ｍ毎のマーク１４と対応を取りながらモ
ニター上の黒線像９とキーホール像１０の中心位置の差
（これを検出値と呼ぶ）を目視で読みとった。図９に実
測値と検出値の差の分布を示す。同図のように、実測値
と検出値とは標準偏差σ＝0.06mm以内で一致していた。
【００３５】（実施例）図８に示す本発明の装置を用い
た場合、および図７に示す従来の装置を用いて製管した
場合を比較するため、それぞれの場合の溶接線とビード
のズレを測定した。製管時の溶接条件は表１と同じであ
る。溶接後、鋼管の横継ぎ部の前後１．０ｍでのデータ
採取をした。
た場合、および図７に示す従来の装置を用いて製管した
場合を比較するため、それぞれの場合の溶接線とビード
のズレを測定した。製管時の溶接条件は表１と同じであ
る。溶接後、鋼管の横継ぎ部の前後１．０ｍでのデータ
採取をした。
【００３６】図１０に測定結果を示す。同図に示すよう
に、従来法による溶接線と溶接ビードのズレは標準偏差
σで０．６０ｍｍであったのに対し、本発明によれば、
σ＝0.12mmでビードのズレは従来法に比べておよそ１／
５に減少した。
に、従来法による溶接線と溶接ビードのズレは標準偏差
σで０．６０ｍｍであったのに対し、本発明によれば、
σ＝0.12mmでビードのズレは従来法に比べておよそ１／
５に減少した。
【００３７】以上は管材の溶接についての実施例を説明
したが、本発明の技術は板材もしくは形材の溶接につい
ても適用することができる。例えば厚鋼板の溶接であれ
ば、レーザーヘッドを自走式として本発明の方法や装置
を使用することができる。溶接線が複雑な曲線形状とな
っていても、レーザーヘッドのサーボ機構の設計のみ
で、本発明の方法および装置を適用することに支障はな
い。
したが、本発明の技術は板材もしくは形材の溶接につい
ても適用することができる。例えば厚鋼板の溶接であれ
ば、レーザーヘッドを自走式として本発明の方法や装置
を使用することができる。溶接線が複雑な曲線形状とな
っていても、レーザーヘッドのサーボ機構の設計のみ
で、本発明の方法および装置を適用することに支障はな
い。
【００３８】
【発明の効果】管材の溶接に本発明の装置を用いれば、
ガイドローラー方式に比較して、溶接線を追随して、正
確にレーザービームを照射できるので溶接部の品質が向
上する。例えば、鋼管製造プロセスにおいては品質向
上、製造歩留向上、能率向上を図ることができる。
ガイドローラー方式に比較して、溶接線を追随して、正
確にレーザービームを照射できるので溶接部の品質が向
上する。例えば、鋼管製造プロセスにおいては品質向
上、製造歩留向上、能率向上を図ることができる。
【００３９】また、画像処理によって得られる溶接ビー
ドのズレの測定結果をコンピュータに取り込み、情報処
理することによって、不良品の追跡管理、不良原因の究
明など、品質管理に寄与することができる。
ドのズレの測定結果をコンピュータに取り込み、情報処
理することによって、不良品の追跡管理、不良原因の究
明など、品質管理に寄与することができる。
【図１】図１(a) はレーザービーム溶接の溶接部の溶接
進行の斜め前方から見た模式図であり、同図(b) は溶接
部の側面断面図である。
進行の斜め前方から見た模式図であり、同図(b) は溶接
部の側面断面図である。
【図２】溶接部のプラズマおよび、溶融池の輝度スペク
トルを表す図である。
トルを表す図である。
【図３】可視光域でとらえた溶接部の画像を輝度別階調
表現した図である。
表現した図である。
【図４】図４(a) は灰色（減光）フィルター、図４(b)
、図４(c) 、図４(d) はそれぞれ0.7 、0.8 、1.2 μ
ｍの選択波長特性のフィルターを用いた溶接部の画像を
階調表現した図である。
、図４(c) 、図４(d) はそれぞれ0.7 、0.8 、1.2 μ
ｍの選択波長特性のフィルターを用いた溶接部の画像を
階調表現した図である。
【図５】溶接線の実ギャップ幅と画像幅の関係を調査す
る時の試料を示す図である。
る時の試料を示す図である。
【図６】溶接線のギャップ幅と溶接線画像幅の関係を示
す図である。
す図である。
【図７】従来技術のレーザービーム溶接による製管設備
の模式図である。
の模式図である。
【図８】本発明のレーザービーム溶接による製管設備の
模式図である。
模式図である。
【図９】本発明の方法による溶接点の検出精度を表す図
である。
である。
【図１０】本発明の装置を適用して製造した鋼管と、従
来技術の鋼管の溶接ビードのばらつきを比較する図であ
る。
来技術の鋼管の溶接ビードのばらつきを比較する図であ
る。
【図１１】試験材のオープンパイプ上に付けたマークの
説明図である。
説明図である。
１．被溶接材 ２．レーザービーム ３．撮像装置 ４．溶接線 ５．キーホール ６．溶融池 ７．プラズマ ８．ビード ９．画像上に見える黒線（溶接線の像） １０．画像上に見えるキーホール像 １１．溶接線突き合わせ部のギャップ １２．オープンパイプ １３．溶接後のパイプ １４．実験用に付けた１ｍ毎のマーク １５．実験用に付けたケガキ線 １６．レーザーヘッド １７．回転軸 １８．アーム １９．画像処理装置 ２０．画像モニター ２１．フィンパスロール ２２．スクィーズロール ２３．ガイドローラー ２４．サーボ制御装置 ２５．サーボモーター
Claims (4)
- 【請求項１】 キーホール溶接条件下で行うレーザービ
ーム溶接の溶接線検出方法において、撮像装置によって
キーホール像を得ること、およびキーホール像内の黒線
像を溶接線として溶接線検出を行うことを特徴とするレ
ーザービーム溶接の溶接線検出方法。 - 【請求項２】 前記キーホール像の撮影に波長0.8 μｍ
以上の長波長側の感度特性を有する撮像装置を用いる請
求項１に記載のレーザービーム溶接の溶接線検出方法。 - 【請求項３】 キーホール溶接条件下で行うレーザービ
ーム溶接の溶接線検出方法において、撮像装置によって
キーホール像を得ること、キーホール像内の黒線像を溶
接線として溶接線検出を行うこと、および、キーホール
像の位置と、検出された溶接線の位置と、予め設定して
おいた前記撮像装置およびレーザーヘッドの位置関係と
に基づきレーザーヘッドの位置を制御することを特徴と
するレーザービーム溶接方法。 - 【請求項４】 波長0.8 μｍ以上の長波長側の感度特性
を有する撮像装置と、前記撮像装置によってキーホール
像を得てキーホール中心を検出する装置と、キーホール
像内の黒線像を溶接線として溶接線検出を行う装置と、
キーホール像の位置と、検出された溶接線の位置と、予
め設定しておいた前記撮像装置およびレーザーヘッドの
位置関係とに基づきレーザーヘッドの位置を制御する装
置とを備えたことを特徴とするレーザービーム溶接装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9049232A JPH10244385A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | レーザービーム溶接の溶接線検出方法、溶接方法および溶接装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9049232A JPH10244385A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | レーザービーム溶接の溶接線検出方法、溶接方法および溶接装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10244385A true JPH10244385A (ja) | 1998-09-14 |
Family
ID=12825166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9049232A Pending JPH10244385A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | レーザービーム溶接の溶接線検出方法、溶接方法および溶接装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10244385A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11779A (ja) * | 1997-06-09 | 1999-01-06 | Nkk Corp | レーザビームによる突合わせ溶接における溶接位置制御方法 |
| JP2000117467A (ja) * | 1997-04-18 | 2000-04-25 | Daimler Benz Ag | レーザ光線溶接の際溶接パラメータを制御する装置 |
| JP2002033539A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Nec Corp | グリーンシートの穴あけ加工装置 |
| JP2017024046A (ja) * | 2015-07-23 | 2017-02-02 | 有限会社西原電子 | レーザ溶接監視装置とレーザ溶接監視方法 |
-
1997
- 1997-03-04 JP JP9049232A patent/JPH10244385A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000117467A (ja) * | 1997-04-18 | 2000-04-25 | Daimler Benz Ag | レーザ光線溶接の際溶接パラメータを制御する装置 |
| US6311099B1 (en) | 1997-04-18 | 2001-10-30 | Daimlerchrysler Ag | Apparatus for regulating welding parameters during laser beam welding |
| JPH11779A (ja) * | 1997-06-09 | 1999-01-06 | Nkk Corp | レーザビームによる突合わせ溶接における溶接位置制御方法 |
| JP2002033539A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Nec Corp | グリーンシートの穴あけ加工装置 |
| JP2017024046A (ja) * | 2015-07-23 | 2017-02-02 | 有限会社西原電子 | レーザ溶接監視装置とレーザ溶接監視方法 |
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