JPH11309576A - 自動溶接加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自動溶接加工装置において、溶融プールの形状
観測を容易にし、これをもとに自動機を制御することに
より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ことにある。 【解決手段】レーザ線状光１２を溶融プール１０に情報
を用いて予めティーチングされた溶接加工条件を修正し
溶接を進めることが可能となるので、非常に溶接品質の
高い自動溶接加工装置を実現できる。

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（Tung
sten Inert Gas Arc Welding）法または消耗電極溶接法
による溶接加工装置において、撮像手段にて溶接状況を
観測し、該観測結果に基づき加工の制御を行う自動溶接
加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＴＶカメラを用いた溶融プール
の観測に関しては、特開平9−192836号公報に開示のよ
うに、撮像手段前方にカラー液晶フィルタを配設し、フ
ィルタの透過特性を部分的に変更して観測輝度を均一化
し、撮像するものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】液晶フィルタの透過特
性を部分的に変更させる上記従来技術の方法は、撮像手
段による観測画像の解析によりフィルタの制御値の算出
を行い、撮像手段に入力される画像の輝度を均一化し、
鮮明な観測画像を得ようとするものであった。

【０００４】このため画像処理手段において、フィルタ
の制御値を演算するための処理プログラムが不可欠とな
り、結果、画像処理手段の負荷が増大し、場合によって
は、溶接装置全体の制御速度に影響してしまう問題点が
あった。

【０００５】本発明の目的は、高信頼化のため撮像手段
にて溶接状態を観測し、観測結果に基づいて制御を行う
自動溶接方法において、レーザ線状光を溶融プールに照
射することと、照射されるレーザ光の波長の光を透過さ
せるフィルタを装着した撮像手段にて溶融プールを観測
することにより、溶融プールと母材の境界を明確にし、
撮像手段にて取り込まれる画像から溶融プールの諸情報
を画像処理手段にて検出する処理を大幅に単純化するこ
とを可能とし、単純化による検出エラーの低減化によ
り、信頼性の高い溶接状況の観測方法を備えた自動溶接
加工装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、溶融プールを照射するレーザ線状光照
射手段と、照射されるレーザ光を透過させる干渉フィル
タを備え、溶融プールを観測するように設置された撮像
手段と、該撮像手段によって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、溶融プール
の諸情報を算出する画像処理手段と、該画像処理手段が
算出した溶融プール諸情報より溶接状況を判断し、適正
な溶接状態に保つための溶接電力，トーチ移動速度，位
置などを算出する溶接条件制御手段と、該溶接条件制御
手段により算出された溶接電力，トーチ移動速度，位置
などに基づき実際の加工機の制御を行う溶接加工手段と
を備えた自動溶接加工装置において、前記レーザ線状光
照射手段によりレーザ線状光を溶融プールの被測定部位
に投射し、撮像手段を該レーザ線状光の投射された溶融
プール被測定部位を観測できる位置に設置し、観測した
画像よりレーザ線状光の輝線の座標を画像処理手法によ
り計測し、溶融プールの諸情報として算出する構成とす
る。

【０００７】上記の構成を取ることにより、溶接作業時
に発生するアーク光によって照射される溶融プールの形
状計測に関して、レーザ線状光の投射により、溶融プー
ルの形状計測のため画像データ上にて溶融プールを明確
に観測することができ、溶融プールの形状データを確実
に取得することが可能となり、この情報を基に溶接加工
を制御することにより高信頼の自動溶接加工装置を実現
することができる。

【０００８】

【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。

【０００９】図１は本発明の一実施例を示す全体構成図
である。本実施例ではＴＩＧ溶接に適用した例を示す。
図１は被溶接部材１と被溶接部材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は図中右から左へと進
行しており、向かって溶融プール右側にはビードが形成
されている。

【００１０】レーザ線状光照射手段１１は溶接トーチ上
方に位置され、溶接進行方向に対して直行するレーザ線
状光１２を溶融プールに向けて照射している。撮像手段
３は溶融プールを観測できる位置に設置されており、レ
ーザ線状光の周波数と透過周波数の一致する干渉フィル
タ４の前面に設置している。

【００１１】溶接トーチ８及び撮像手段３の保持及び移
動装置は図示していない。また、フィラワイヤとその供
給装置及び不活性ガス源とその供給装置は図示していな
い。

【００１２】撮像手段３はＩＴＶカメラであり、溶融プ
ール１０及び溶融プール近傍の画像を取得しＮＴＳＣ信
号として出力する。画像処理手段５は撮像手段３により
取得した画像を処理し、レーザ線状光の輝線を追跡し、
溶融プールのレーザ線状光で、切断した部分の幅を測定
を行う。

【００１３】溶接条件制御手段５には予め溶接加工条件
をティーチングしてあり、画像処理手段４により算出さ
れた溶融プールの幅情報により、溶接加工条件の補正を
行い、適正な条件で溶接が進行できるようにする。修正
された溶接加工条件を溶接加工手段７へ溶接加工諸条件
を出力する。

【００１４】溶接加工手段７は溶接条件制御手段６の算
出した溶接加工諸条件に基づき溶接電力やトーチの位
置，移動速度を制御する構成としている。

【００１５】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。

【００１６】また、溶接途中の動作を示し、溶接開始
端，溶接終了端での処理は省略する。

【００１７】溶接作業中は常時レーザ線状光照射手段に
よりレーザ線状光が溶融プールに向けて照射されてい
る。レーザ線状光は、溶融プールの測定を行いたい場所
に投射する。本実施例の場合、溶融プール最大幅を測定
する設定としており、溶融プール中心付近に溶接進行方
向と直角方向にレーザ線状光を照射している。撮像手段
は、レーザ線状光の周波数と透過周波数の一致する干渉
フィルタ４の前面に設置している。

【００１８】このため、撮像手段の取得する画像では、
レーザ線状光の輝線が強調され、他の画像情報は大きく
減光されたものとなる。レーザ線状光は溶融プールをま
たぐように照射されることと溶融プール上は溶融した金
属の性質から、鏡面に近い性質を持つものとなるため、
レーザ線状光を乱反射しないことから、観測画像ではレ
ーザ線状光がちょうど溶融プールの存在する部分のみ途
切れた形態で観測される。したがって、観測画像上で、
レーザ線状光を照射した部分の溶融プールの幅を非常に
観測しやすいものとなる。

【００１９】すなわち、撮像手段に干渉フィルタを備え
ない場合の画像は図２に示す状態となり、中心部に位置
するアーク光の強度に比較して、溶融プール像の輝度変
化が小さいため、非常に観測しずらい。撮像手段に干渉
フィルタを装着した場合の画像は図３に示すようにアー
ク光や電極の像は残るものの、レーザ線状光の相対的な
強度が大きくなるとともに、溶融プールの存在する場所
では、レーザ線状光が途切れた状態で観測され、溶融プ
ールの縁の位置を特定しやすいものとなる。

【００２０】画像処理手段は撮像手段により取得した画
像を処理し、レーザ線状光の輝線を追跡し、溶融プール
のレーザ線状光で、切断した部分の幅の測定を行う。画
像処理手段により画像処理による計測位置１５を算出し
た結果のイメージ図を図４に示す。

【００２１】溶接条件制御手段５には予め溶接加工条件
をティーチングしてあるが、アークの偏向や、被溶接物
の微細な変動により、ティーチングしたデータ通りの制
御では、溶接結果が不良となってしまう場合があり、薄
板や初層の溶接時に特に発生しやすい。そこで、画像処
理手段４により算出された溶融プールの幅情報により、
溶接条件の補正を行い、適正な条件で溶接が進行できる
ようにする。修正された溶接加工条件を溶接加工手段７
へ溶接加工諸条件を出力する。溶接加工手段は、溶接条
件制御手段により算出された、溶接加工条件に基づき溶
接作業を進行する。

【００２２】本実施例では溶融プールの溶接部位に対す
る左右の位置ずれを検出し、アーク偏向による実際の溶
接位置のずれを修正するとともに、溶融プール幅を算出
し、溶接速度を修正する制御を行っている。また、溶融
プール情報による溶接条件の修正に関しては、溶融プー
ル幅の時系列情報を参照することによる、定常偏差の吸
収や、溶融プールの振動を参照し、溶接電力を変更する
方法、また、急激な溶融プール幅の変動より、特に初層
の裏波状態の推測を行い、溶接条件を修正する方法が考
えられる。また、レーザ線状光照射手段を複数個設ける
ことにより、細かに溶融プール情報を抽出し、溶接条件
の修正を高度化する手法も考えられる。

【００２３】本実施例によれば、レーザ線状光を溶融プ
ールに照射することと、撮像手段にレーザスリット光の
波長の光を透過させる干渉フィルタを装着することによ
り、溶融プールの観測を高速かつ高信頼で行うことがで
き、さらに得られた溶融プール情報を用いて予めティー
チングされた溶接加工条件を修正し溶接を進めることが
可能となるので、非常に高品質の溶接を実現することが
できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ線状光を溶融プールに照射することと、撮像手段
にレーザスリット光の波長の光を透過させる干渉フィル
タを装着することにより、溶融プールの観測を高速かつ
高信頼で行うことができるようになり、さらに、得られ
た溶融プール情報を用いて予めティーチングされた溶接
加工条件を修正し溶接を進めることが可能となるので、
非常に溶接品質の高い自動溶接加工装置を実現すること
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全
体構成図。

【図２】干渉フィルタを装備しない撮像手段によって取
得した画像の模式図。

【図３】干渉フィルタを装備する撮像手段によって取得
した画像の模式図。

【図４】高画像処理手段により溶融プール縁位置を算出
した例を示す模式図。

【符号の説明】 １，２…被溶接部材、３…撮像手段、４…干渉フィル
タ、５…画像処理手段、６…溶接条件制御手段、７…溶
接加工手段、８…溶接トーチ、９…アーク光、１０…溶
融プール、１１…レーザ線状光照射手段、１２…レーザ
線状光、１３…電極、１４…画像、１５…画像処理によ
る計測位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融プールを照射するレーザ線状光照射手
   段と、照射されるレーザ光を透過させる干渉フィルタを
   備え、溶融プールを観測するように設置された撮像手段
   と、該撮像手段によって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、溶融プールの情
   報を算出する画像処理手段と、該画像処理手段が算出し
   た溶融プール情報より溶接状況を判断し、適正な溶接状
   態に保つための溶接電力，トーチ移動速度，位置などを
   算出する溶接条件制御手段と、該溶接条件制御手段によ
   り算出された溶接電力，トーチ移動速度，位置などに基
   づき実際の加工機の制御を行う溶接加工手段とを備えた
   自動溶接加工装置において、前記レーザ線状光照射手段
   によりレーザ線状光を溶融プールの被測定部位に投射
   し、撮像手段を該レーザ線状光の投射された溶融プール
   被測定部位を観測できる位置に設置し、観測した画像よ
   りレーザ線状光の輝線の座標を画像処理手法により計測
   し、溶融プールの情報として算出することを特徴とする
   自動溶接加工装置。