JPH11179581A - レーザビームによる突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置制御方法 - Google Patents
レーザビームによる突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置制御方法Info
- Publication number
- JPH11179581A JPH11179581A JP9355083A JP35508397A JPH11179581A JP H11179581 A JPH11179581 A JP H11179581A JP 9355083 A JP9355083 A JP 9355083A JP 35508397 A JP35508397 A JP 35508397A JP H11179581 A JPH11179581 A JP H11179581A
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- Japan
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- laser beam
- groove
- welding
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザビームにより溶接母材を突合わせ溶接
する際に、レーザビームが常に開先の中心線上に照射さ
れるようにレーザビームの照射位置を正確に制御するこ
とができ、しかも、溶接時に発生するスパッタ等の影響
を受けにくい。 【解決手段】 レーザビームによる突合わせ溶接中に、
開先４及びキーホール７近傍を撮像手段によって同時に
撮影し、これによって得られた開先４及びキーホール７
近傍の各々の画像の画素の輝度を、溶接方向と直交する
方向に亘って検出し、このようにして検出した輝度に基
づいて、開先４及びキーホール７の各々の輝度分布曲線
を作成し、このようにして作成した開先４及びキーホー
ル７の各々の輝度分布曲線における変化点の輝度分布幅
の中心位置を求め、そして、これらの中心位置が互いに
一致するようにレーザビームの照射位置を制御する。
する際に、レーザビームが常に開先の中心線上に照射さ
れるようにレーザビームの照射位置を正確に制御するこ
とができ、しかも、溶接時に発生するスパッタ等の影響
を受けにくい。 【解決手段】 レーザビームによる突合わせ溶接中に、
開先４及びキーホール７近傍を撮像手段によって同時に
撮影し、これによって得られた開先４及びキーホール７
近傍の各々の画像の画素の輝度を、溶接方向と直交する
方向に亘って検出し、このようにして検出した輝度に基
づいて、開先４及びキーホール７の各々の輝度分布曲線
を作成し、このようにして作成した開先４及びキーホー
ル７の各々の輝度分布曲線における変化点の輝度分布幅
の中心位置を求め、そして、これらの中心位置が互いに
一致するようにレーザビームの照射位置を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザビームに
よる突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置制御方
法、特に、レーザビームにより溶接母材を突合わせ溶接
する際に、レーザビームが常に開先の中心線（溶接線）
上に照射されるようにレーザビームの照射位置を正確に
制御することができ、しかも、溶接時に発生するプラズ
マ等の影響を受けにくい、レーザビームによる突合わせ
溶接におけるレーザビーム照射位置制御方法に関するも
のである。
よる突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置制御方
法、特に、レーザビームにより溶接母材を突合わせ溶接
する際に、レーザビームが常に開先の中心線（溶接線）
上に照射されるようにレーザビームの照射位置を正確に
制御することができ、しかも、溶接時に発生するプラズ
マ等の影響を受けにくい、レーザビームによる突合わせ
溶接におけるレーザビーム照射位置制御方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザビームによる突合わせ溶接
におけるレーザビーム照射位置制御方法として、特開平
８−３２３４７７号公報に開示されるものがある。この
溶接位置制御方法は、図５に示すように、オープンシー
ムパイプ１の内部に設置された発光部２からシームエッ
ジ（開先）１Ａに向けて照明光を照射し、溶接位置手前
のオープンシーム部間を通過した照明光をパイプ１の外
部の設けた撮像装置３により撮像し、その画像信号に基
づいて溶接線を求め、このようにして求めた溶接線上に
レーザビームの照射位置を追従制御させるものである。
溶接線を求めるには、図６に示すように、撮像装置３に
よる画像信号から一対のオープンシームエッジ位置を検
出し、そして、一対のオープンシームエッジ線がなす角
（θ）の中心線を溶接線とする。
におけるレーザビーム照射位置制御方法として、特開平
８−３２３４７７号公報に開示されるものがある。この
溶接位置制御方法は、図５に示すように、オープンシー
ムパイプ１の内部に設置された発光部２からシームエッ
ジ（開先）１Ａに向けて照明光を照射し、溶接位置手前
のオープンシーム部間を通過した照明光をパイプ１の外
部の設けた撮像装置３により撮像し、その画像信号に基
づいて溶接線を求め、このようにして求めた溶接線上に
レーザビームの照射位置を追従制御させるものである。
溶接線を求めるには、図６に示すように、撮像装置３に
よる画像信号から一対のオープンシームエッジ位置を検
出し、そして、一対のオープンシームエッジ線がなす角
（θ）の中心線を溶接線とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来法では、
撮像装置３に高輝度溶接光が入射することを避けるため
に、溶接位置、即ち、オープンシームエッジが互いに密
着する手前の位置での画像に基づいて溶接線を求めてい
る。従って、追従制御されるレーザビーム位置は推定に
基づくものとなる。しかし、溶接に利用するレーザビー
ム径は微小であり、且つ、溶接に適するシーム突合わせ
部と照射されるレーザビームの許容範囲は狭い。従っ
て、適性位置の推定演算の基になった画像中のオープン
シームエッジ位置の検出、もしくは、画像に誤差が含ま
れていた場合には、図７に示すように微小な誤差Δｘが
非常に大きなズレΔＸとなる。
撮像装置３に高輝度溶接光が入射することを避けるため
に、溶接位置、即ち、オープンシームエッジが互いに密
着する手前の位置での画像に基づいて溶接線を求めてい
る。従って、追従制御されるレーザビーム位置は推定に
基づくものとなる。しかし、溶接に利用するレーザビー
ム径は微小であり、且つ、溶接に適するシーム突合わせ
部と照射されるレーザビームの許容範囲は狭い。従っ
て、適性位置の推定演算の基になった画像中のオープン
シームエッジ位置の検出、もしくは、画像に誤差が含ま
れていた場合には、図７に示すように微小な誤差Δｘが
非常に大きなズレΔＸとなる。
【０００４】また、劣悪な環境下、特に、上述した推定
によるズレを最小にするために、できる限り、溶接位置
直下に設置する発光部２は、溶接時に発生するスパッ
タ、ヒューム、ミスト、ダスト等で汚れやすく、正常に
シームエッジ位置を測定することができない。
によるズレを最小にするために、できる限り、溶接位置
直下に設置する発光部２は、溶接時に発生するスパッ
タ、ヒューム、ミスト、ダスト等で汚れやすく、正常に
シームエッジ位置を測定することができない。
【０００５】従って、この発明の目的は、レーザビーム
により溶接母材を突合わせ溶接する際に、レーザビーム
が常に開先の中心線上に照射されるようにレーザビーム
の照射位置を正確に制御することができ、しかも、溶接
時に発生するスパッタ等の影響を受けにくい、レーザビ
ームによる突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置
制御方法を提供することにある。
により溶接母材を突合わせ溶接する際に、レーザビーム
が常に開先の中心線上に照射されるようにレーザビーム
の照射位置を正確に制御することができ、しかも、溶接
時に発生するスパッタ等の影響を受けにくい、レーザビ
ームによる突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置
制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
レーザビームによる突合わせ溶接中に、開先及びキーホ
ール近傍を撮像手段によって同時に撮影し、これによっ
て得られた前記開先及び前記キーホール近傍の各々の画
像の画素の輝度を、溶接方向と直交する方向に亘って検
出し、このようにして検出した前記輝度に基づいて、前
記開先及び前記キーホールの各々の輝度分布曲線を作成
し、このようにして作成した前記開先及び前記キーホー
ルの各々の輝度分布曲線における変化点の輝度分布幅の
中心位置を求め、そして、これらの中心位置が互いに一
致するように、前記レーザビームの照射位置を制御する
ことに特徴を有するものである。
レーザビームによる突合わせ溶接中に、開先及びキーホ
ール近傍を撮像手段によって同時に撮影し、これによっ
て得られた前記開先及び前記キーホール近傍の各々の画
像の画素の輝度を、溶接方向と直交する方向に亘って検
出し、このようにして検出した前記輝度に基づいて、前
記開先及び前記キーホールの各々の輝度分布曲線を作成
し、このようにして作成した前記開先及び前記キーホー
ルの各々の輝度分布曲線における変化点の輝度分布幅の
中心位置を求め、そして、これらの中心位置が互いに一
致するように、前記レーザビームの照射位置を制御する
ことに特徴を有するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に、この発明の、レーザビーム
による突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置制御
方法を、図面を参照しながら説明する。
による突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置制御
方法を、図面を参照しながら説明する。
【０００８】レーザビーム溶接部から発せられる溶接光
は、可視波長領域では非常に高輝度である。この高輝度
溶接光を遮光、もしくは減衰させるために光学フィルタ
等の手段を用いたとしても、溶融池、及びその近傍の突
合わせシームエッジを可視化することは困難である。
は、可視波長領域では非常に高輝度である。この高輝度
溶接光を遮光、もしくは減衰させるために光学フィルタ
等の手段を用いたとしても、溶融池、及びその近傍の突
合わせシームエッジを可視化することは困難である。
【０００９】そこで、レーザ溶接時の溶接光の波長分布
特性に鑑み、紫外線レーザスポット光照射装置を照明装
置として使用し、撮像装置には、照明に用いた紫外線レ
ーザ光のみを透過する干渉フィルター内蔵のＣＣＤ撮像
装置を備えたレーザ溶接位置可視化装置を用いるのが好
ましい。
特性に鑑み、紫外線レーザスポット光照射装置を照明装
置として使用し、撮像装置には、照明に用いた紫外線レ
ーザ光のみを透過する干渉フィルター内蔵のＣＣＤ撮像
装置を備えたレーザ溶接位置可視化装置を用いるのが好
ましい。
【００１０】この可視化装置によりまさにレーザ溶接が
進行している、溶融池及びその近傍の状況を実時間で直
接監視することが可能となる。この発明は、この装置に
より撮像される図１に示すような画像に基づいて適性な
溶接線を検出し、これによってレーザビーム照射位置を
制御するものである。
進行している、溶融池及びその近傍の状況を実時間で直
接監視することが可能となる。この発明は、この装置に
より撮像される図１に示すような画像に基づいて適性な
溶接線を検出し、これによってレーザビーム照射位置を
制御するものである。
【００１１】図１に示す画像には、開先４、溶融池５、
レーザビームが溶接母材６を貫通するときに形成される
キーホール７、及び、溶接ビード８が可視化されてい
る。なお、溶接方向は、図１中、下から上である。この
画像を計算機に取り込み、図１の画像中、Ａ−Ａ’及び
Ｂ−Ｂ’の走査線上におけるそれぞれ画素の輝度信号を
得る。図２に、キーホール７の中心が開先４の中心より
右側にズレたときの開先及びキーホール近傍の画像を示
す。このときのＡ−Ａ’の輝度信号、即ち、開先４の輝
度分布曲線を図３に示し、Ｂ−Ｂ’の輝度信号、即ち、
キーホール７の輝度分布曲線を図４に示す。このように
して、開先４及びキーホール７の輝度分布曲線を求めた
ら、開先４の輝度分布曲線における変化点の輝度分布幅
の中心位置（ａ）を求め（図３参照）、キーホール７の
輝度分布曲線における変化点の輝度分布幅の中心位置
（ｂ）を求める（図４参照）。そして、これらの中心位
置の差（σ）が０となるように、レーザビームの照射位
置を制御する。かくして、レーザビームは、常に開先の
中心線上に照射される。
レーザビームが溶接母材６を貫通するときに形成される
キーホール７、及び、溶接ビード８が可視化されてい
る。なお、溶接方向は、図１中、下から上である。この
画像を計算機に取り込み、図１の画像中、Ａ−Ａ’及び
Ｂ−Ｂ’の走査線上におけるそれぞれ画素の輝度信号を
得る。図２に、キーホール７の中心が開先４の中心より
右側にズレたときの開先及びキーホール近傍の画像を示
す。このときのＡ−Ａ’の輝度信号、即ち、開先４の輝
度分布曲線を図３に示し、Ｂ−Ｂ’の輝度信号、即ち、
キーホール７の輝度分布曲線を図４に示す。このように
して、開先４及びキーホール７の輝度分布曲線を求めた
ら、開先４の輝度分布曲線における変化点の輝度分布幅
の中心位置（ａ）を求め（図３参照）、キーホール７の
輝度分布曲線における変化点の輝度分布幅の中心位置
（ｂ）を求める（図４参照）。そして、これらの中心位
置の差（σ）が０となるように、レーザビームの照射位
置を制御する。かくして、レーザビームは、常に開先の
中心線上に照射される。
【００１２】次に、この発明を実施例により更に説明す
る。成形設備により帯状炭素鋼板を、連続的にオープン
パイプ状に成形すると共に、この鋼板にレーザ溶接に適
するＶ字開先を成形した。次に、この開先に向けてその
鉛直方向から２５ｋｗの炭酸ガスレーザを照射し、溶接
母材を溶接した。そして、開先及びキーホール近傍を紫
外線レーザスポット光により照明し、紫外線レーザ光の
波長のみを透過する干渉フイルタを介してＣＣＤ撮像装
置により撮像した。紫外線レーザスポット光は、溶接の
ために鉛直方向から照射される炭酸ガスレーザに対して
角度２０°以内の方向から照明し、撮像装置は、炭酸ガ
スレーザに対して角度４５から６５°の方向で、且つ、
溶接母材から３００ｍｍの距離だけ離れた場所に設置し
た。
る。成形設備により帯状炭素鋼板を、連続的にオープン
パイプ状に成形すると共に、この鋼板にレーザ溶接に適
するＶ字開先を成形した。次に、この開先に向けてその
鉛直方向から２５ｋｗの炭酸ガスレーザを照射し、溶接
母材を溶接した。そして、開先及びキーホール近傍を紫
外線レーザスポット光により照明し、紫外線レーザ光の
波長のみを透過する干渉フイルタを介してＣＣＤ撮像装
置により撮像した。紫外線レーザスポット光は、溶接の
ために鉛直方向から照射される炭酸ガスレーザに対して
角度２０°以内の方向から照明し、撮像装置は、炭酸ガ
スレーザに対して角度４５から６５°の方向で、且つ、
溶接母材から３００ｍｍの距離だけ離れた場所に設置し
た。
【００１３】このような溶接条件の基で、突き合わされ
たシームエッジの中心、即ち、溶接線とキーホールの中
心位置とのズレ量が最小になるように、レーザビームの
照射位置を手動制御しながら２５０ｍに亘って溶接を行
い、１０ｍおきに溶接部のサンプルを切り出し、顕微鏡
によって溶接状態を観察した。この結果、レーザビーム
のズレ量は、０．２ｍｍ以内であった。
たシームエッジの中心、即ち、溶接線とキーホールの中
心位置とのズレ量が最小になるように、レーザビームの
照射位置を手動制御しながら２５０ｍに亘って溶接を行
い、１０ｍおきに溶接部のサンプルを切り出し、顕微鏡
によって溶接状態を観察した。この結果、レーザビーム
のズレ量は、０．２ｍｍ以内であった。
【００１４】次に、開先及びキーホール近傍の画像を計
算機に取り込んで、レーザビーム位置をこの発明の方法
に従って自動制御しながら、２５０ｍに亘って溶接を行
い、１０ｍおきに溶接部のサンプルを切り出し、顕微鏡
によって溶接状態を観察した。この結果、レーザビーム
のズレ量は、０．１ｍｍ以内であり、手動による場合に
比べて高い精度が得られることが分かった。
算機に取り込んで、レーザビーム位置をこの発明の方法
に従って自動制御しながら、２５０ｍに亘って溶接を行
い、１０ｍおきに溶接部のサンプルを切り出し、顕微鏡
によって溶接状態を観察した。この結果、レーザビーム
のズレ量は、０．１ｍｍ以内であり、手動による場合に
比べて高い精度が得られることが分かった。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、開先及びキーホール近傍の各々の画像の画素の輝度
を、溶接方向と直交する方向に亘って検出して、開先及
びキーホールの各々の輝度分布曲線を作成し、これから
開先及びキーホールの各々の輝度分布曲線における変化
点の輝度分布幅の中心位置を求め、そして、これらの中
心位置が互いに一致するように、レーザビームの照射位
置を制御することによって、レーザビームが常に開先の
中心線上に照射されるようにレーザビームの照射位置を
制御することができ、しかも、照明装置を溶接位置直下
に設置する必要がないことから、スパッタ等による照明
装置の汚れが回避できる等、有用な効果がもたらされ
る。
ば、開先及びキーホール近傍の各々の画像の画素の輝度
を、溶接方向と直交する方向に亘って検出して、開先及
びキーホールの各々の輝度分布曲線を作成し、これから
開先及びキーホールの各々の輝度分布曲線における変化
点の輝度分布幅の中心位置を求め、そして、これらの中
心位置が互いに一致するように、レーザビームの照射位
置を制御することによって、レーザビームが常に開先の
中心線上に照射されるようにレーザビームの照射位置を
制御することができ、しかも、照明装置を溶接位置直下
に設置する必要がないことから、スパッタ等による照明
装置の汚れが回避できる等、有用な効果がもたらされ
る。
【図１】撮像装置により撮像された開先及びキーホール
近傍の画像を示す図である。
近傍の画像を示す図である。
【図２】キーホールの中心が開先の中心より右にズレた
ときの画像を示す図である。
ときの画像を示す図である。
【図３】開先の輝度分布曲線を示す図である。
【図４】キーホールの輝度分布曲線を示す図である。
【図５】従来法の説明図である。
【図６】エッジ線を示す図である。
【図７】エッジ線の誤差の拡大を示す説明図である。
１：オープンシームパイプ １Ａ：シームエッジ ２：発光部 ３：撮像装置 ４：開先 ５：溶融池 ６：溶接母材 ７：キーホール ８：溶接ビード
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザビームによる突合わせ溶接中に、
開先及びキーホール近傍を撮像手段によって同時に撮影
し、これによって得られた前記開先及び前記キーホール
近傍の各々の画像の輝度を、溶接方向と直交する方向に
亘って検出し、このようにして検出した前記輝度に基づ
いて、前記開先及び前記キーホールの各々の輝度分布曲
線を作成し、このようにして作成した前記開先及び前記
キーホールの各々の輝度分布曲線における変化点の輝度
分布幅の中心位置を求め、そして、これらの中心位置が
互いに一致するように、前記レーザビームの照射位置を
制御することを特徴とする、レーザビームによる突合わ
せ溶接におけるレーザビーム照射位置制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9355083A JPH11179581A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | レーザビームによる突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9355083A JPH11179581A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | レーザビームによる突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11179581A true JPH11179581A (ja) | 1999-07-06 |
Family
ID=18441842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9355083A Pending JPH11179581A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | レーザビームによる突合わせ溶接におけるレーザビーム照射位置制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11179581A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005522332A (ja) * | 2002-04-05 | 2005-07-28 | ボルボ エアロ コーポレイション | 溶接領域の監視装置および監視方法ならびに溶接装置ならびに溶接作業の制御方法 |
| JP2009233753A (ja) * | 2009-07-21 | 2009-10-15 | Jfe Steel Corp | レーザ溶接機におけるレーザ照射点検出装置及びシーム位置検出装置 |
| KR100940542B1 (ko) | 2007-12-28 | 2010-02-10 | 삼성중공업 주식회사 | 레이저 비전의 스패터 영상 제거 방법 |
| KR101220878B1 (ko) | 2011-05-30 | 2013-01-11 | 대우조선해양 주식회사 | 레이저 비전 시스템의 영상 처리 방법 |
| WO2015194561A1 (ja) * | 2014-06-17 | 2015-12-23 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法、鋼管の製造方法、レーザ照射位置ずれ検出装置、鋼管のレーザ溶接装置、および鋼管の製造装置 |
| EP2322312B1 (en) * | 2008-06-23 | 2020-01-08 | JFE Steel Corporation | Method for manufacturing laser-welded steel pipe |
-
1997
- 1997-12-24 JP JP9355083A patent/JPH11179581A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005522332A (ja) * | 2002-04-05 | 2005-07-28 | ボルボ エアロ コーポレイション | 溶接領域の監視装置および監視方法ならびに溶接装置ならびに溶接作業の制御方法 |
| JP2009107024A (ja) * | 2002-04-05 | 2009-05-21 | Volvo Aero Corp | 溶接領域の監視装置および監視方法 |
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| JP6094690B2 (ja) * | 2014-06-17 | 2017-03-15 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法、鋼管の製造方法、レーザ照射位置ずれ検出装置、鋼管のレーザ溶接装置、および鋼管の製造装置 |
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