JPS62142075A - 溶接状態検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、テレビジョンカメラによる溶接アーク部の
映像信号を処理することにより、溶接ワイヤの突出し寸
法を検出し、該検出値により溶接状態を制御するように
した溶接状態検出方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、消耗電極式自動溶接は、溶接アーク長とそのア
ーク状態との関係が深いため、高品質の溶接を行なうに
際し、アーク長の制御を行なうことが望ましいとされて
いるが、実際にはアーク長を直接検出して制御すること
は難しく、通常はアーク状態に対する他の要素、たとえ
ば溶接電圧。

溶接電流に関して制御または操作を行なっている。

また、消耗電極式自動溶接機により多層盛溶接を行なう
場合、溶接の進行に伴って溶接１（至）が増し、開先底
が上昇するため、給電チップと母材間の距離（以下エク
ステンションという）が小さくなり、良好な溶接を行な
うためには給電チップを上昇させてエクステンションを
一定に保つ必要があり、とくに厚板に対する狭開先溶接
の場合には、給電チップの上下動操作が重要となり、た
とえばエクステンションが過度に小さくなると、溶接ア
ークは給電チップから発生し、給電チップが母材に溶け
込む結果、溶接割れ等の溶接欠陥が発生し、この修復に
多大の労力と時間を要するという不都合が生じる。

そこで、従来、この給電チップの上下移動によるエクス
テンション制御に対し、溶接電流、電圧に基く制御が行
なわれており、これは溶接電流とエクステンションの大
きさとの間に、定電圧電源を用いる場合、第８図に示す
ような関係があることを利用して給電チップの上下動操
作による溶接電流値制御を行なうことにより、エクステ
ンションを一定値に制御しようとするものである。

ところが、溶接電流値、溶接電圧値は、エクスして変化
するため、溶接中でのこれら溶接条件の変化の影響が無
視できない場合には、溶接電流。

電圧による制御では、過大または過小なエクステンショ
ンとなる場合があり、溶接条件に依存しない検出法が必
要とされ、従来、テレビジョンカメラによる溶接アーク
部の画像を処理してエクステンションの検出を行なうこ
とが考えられている。

すなわち、たとえば特公昭５９−１６８７１号公報に記
載のように、水平走査線の方向が開先線に平行になるよ
うに消耗電極式自動溶接機の溶接トーチ軸に取付けられ
たテレビジョンカメラにより、溶接線に沿って開先の斜
め上部方向から開先内の溶接アーク部を監視するととも
に、高輝度アーク部の形状のみを抽出するだめの開鎖に
もとづいて前記カメラの各水平走査線の映像信号をそれ
ぞれ２値化し、各水平走査線の水平同期信号から＠記２
値化の立上りまでの時間を求めるとともに、水平走査線
順の各水平走査線の前記立上シまでの時間の時系列信号
から前記立上りまでの時間がピーク値になる水平走査線
を検出して溶接ワイヤの中心位置に対応した水平走査線
を求め、該走査線まだはその近傍の水平走査線の映像言
号を処理してエクステンションの検出を行なうものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ものであり、高電流と低電流の交互の切り換えによるパ
ルスアーク溶接のように溶接アークの明るさが顕著に変
化する場合には適用できないという問題点がある。

とＣろで、前述のように、定電圧電源を用いた場合、エ
クステンションの変化に対して溶接アーク長はほぼ一定
であり、給電チップからのワイヤ突出し寸法がエクステ
ンションに応じて変化し、さらに、溶接ワイヤの溶融速
度はワイヤ突出し寸法に依存し、しかも、このワイヤ溶
融速度が溶接条件の重要な要因である定め、消耗電極式
自動溶接により多層溶接する場合、エクステンションよ
りもワイヤ突出し寸法を検出し、その大きさが一定とな
るように給電チップを上下動制御することが望ましい。

そこで、この発明は、溶接ワイヤの突出し寸法を検出し
て溶接状態を制御するようにし、パルスアーク溶接の場
合でも適用できるようにすることを技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、Ｍｌ記の点に留意してなされたものであり
、消耗電極式自動溶接機の溶接トーチに取り付けたテレ
ビジョンカメラにより溶接アーク部を溶接線の斜め上方
から監視し、前記カメラの映像信号を２値化して溶接ワ
イヤの先端に相当する凹部を有する高輝度アーク部の画
像のみを抽出し、抽出した前記画像の膨張、収縮処理に
より前記凹部のない画像を形成し、前記凹部のない画像
と前記回部を有する画像との差にもとづき前記凹部の画
像を形成し、形成した前記凹部の画像より前記ワイヤの
先端位置を導出して溶接ワイヤの突出し寸法を検出する
ことを特徴とする溶接状態検出方法である。

〔作用〕

したがって、この発明では、テレビジョンカメラからの
映像信号が２値化されて溶接ワイヤの先端に相当する凹
部を有する高輝度アーク部の画像のみが抽出され、抽出
された前記画像の膨張、収縮処理により前記凹部のない
画（象が形成され、形成された前記凹部のない画像と前
記凹部を有する画像との差にもとついて前記凹部すなわ
ち溶接ワイヤの先端の画像が形成され、形成された前記
凹部の画像から溶接ワイヤの先端位置が導出されて溶接
ワイヤの突出し寸法が検出さ九、検出された溶接ワイヤ
突出し寸法にもとつき溶接状態の制御が行なわれる。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、そのＩ実施例を示した第１図ない
し第７図とともに詳細に説明する。

まず、概略構成を示した第１図において、（１）は溶接
母材、（２）は■型狭開先、（３）は消耗電極式自動溶
接機の溶接トーチ、ｆ４１は給電チップ、（５）は溶接
ワイヤ、（６）はアーク部、（７）は水平走査線が開先
（２）に直交するよう溶接トーチ（３）に取付けられた
テレビジョンカメラ（以下ＴＶカメラという）であり、
遮光フィルタ、レンズ系からなる光学系を有しており、
溶接アーク部を斜め上方より監視している。

（８）はコンピュータからなる検出装置、（９）ハモニ
タ用テレビジョン受像機である。

そして、第２図に示すように、ＴＶカメラ（７）がθの
伏角で溶接アーク部を監視し、第３図に示すようなモニ
タ画像が得られたとすると、該モニタ画像における見か
けの溶接アーク長Ｌ＋　、すなわち溶接ワイヤ（５）の
中心端からアーク部（６）の境界までの距離、および見
かけの溶接ワイヤ突出し寸法Ｌ２　。

すなわち給電チップ（４）の下端から溶接ワイヤ（５）
の中心端までの距離（霊、それぞれ第２図に示す真の溶
接アーク長ｅ１、および真の溶接ワイヤ突出し寸法１２
に対応し、 ７？＋＝Ｌ＋■Ｓψ／罵（θ−ψ）　　　　　　　・・
・■１２　＝　Ｌ２　ｃｂｓＯ−’Ｘ） の関係がある。ここで、ψは第２図に示すように、アー
ク部（６）の垂直断面での拡がり角度を示す。したがっ
て、第３図のモニタ画像からＬｌおよびＬ２を求めるこ
とにより、ｅｌおよび７７２を容易に求めることができ
る。

なお、第２図および第３図において、ＧＯおよび０１）
はそれぞれアーク部（６）の高輝度アーク部および低輝
度アーク部である。

つぎに、ＴＶカメラ（７）により得られたモニタ画像を
用いて、見かけの溶接ワイヤ突出し寸ｐＬ２を検出する
手順について説明する。

ます、検出装置（８）により第３図に示すモニタ画像に
対するＴＶカメラ（７）からの映像信号を基準信号と比
較して２値化し、第４図に示すように、ワイヤ（５）の
先端に相当する凹部α力を有する高輝度アーク部００の
画像のみを抽出する。

このとき、第４図に示すように、モニタ画像の横方向を
Ｍ個、縦方向をＮ個に分割し、分割して得られる各画素
の輝度内容をＤ（ｒｎ、ｎ）と表わしくただしｒｎ　＝
　ｌ、＝−、Ｍ　、　ｎ　＝　Ｉ、、−、Ｎ　）、Ｄ＝
］のとき明。

１）＝００とき暗を示すものとし、これら各画素のデー
タ内容を、同期信号とくにパルスアーク溶接の場合には
高電流アークの発生に同期して検出装置（８）に内蔵の
画像メモリに記憶させる。ただし、１個の画素よりも凹
部Ｏのが小さくならないようにＭ　、　Ｎが設定されて
いるものとする。

つぎに、検出装置（８）により、第４図に示す高輝度ア
ーク部ＩｆＯの原画像０ｄの各画素およびその周囲の８
画素の合計９画素のデータにつき、の処理、すなわち画
像の膨張処理を行ない、第５図に示すように、高輝度ア
ーク部００の原画像ｎｃｆの凹部Ｏりがなくなるまでに
回前記膨張処理を繰り返し、第５図中の実線に示すよう
な膨張画像−を作成する。

さらに、検出装置（８）により、前記膨張画像αＱの作
成後、第５図に示す膨張画像側の各画素およびその周囲
の８画素の合計９画素のデータにつき、の処理、すなわ
ち画像の収縮処理をに回繰り返し、部（１ツのない収縮
画像０４）を作成し、収縮後のモニタ画像の各画素デー
タをＩ）’（ｍ　、　＋１）とすると、該各画像データ
Ｄ’（ｍ、ｎ）と膨張、収縮前のモニタ画像の各画素デ
ータＤ　（ｍ　、　ｎ　）との差、すなわちＤ”（ｍ、
ｎ）　−Ｄ’（ｍ、ｎ）−Ｄ（ｍ、ｎ）を検出装置（８
）により導出し、第７図に示すように、第６図の収縮画
像１１４）から第４図の高輝度アーク部ＧＯの原画Ｈ’
、１１　（１６を除去した残りの凹部ｔ１３の画像を形
成する。

そして、第７図のような凹部叫の画像からなるモニタ画
像の各画素データＤ“（【ｎ、ｎ）につき、検出手段（
８）により、ｍ（＝ｌ、・・・・・・１Ｍ）ごとにｎを
Ｎから順次減少させたときの画素データＤ“の内容を調
べ、１）＝１となるときの最も大きなｎの値ｎｏを求め
、該ｎｏと、第３図に示すワイヤ（５）の先端部付近の
モニタ画像から求めたチップ（４）の下端に相当する画
面のｎの値ｎｌとの差（ｎｏ−ｎ＋）を導出すれば、こ
の（ｎｏ−ｎ＋）が前記した見かけの溶接ワイヤ突出し
寸法Ｌ２に相当することになり、このようにして導出し
た見かけの溶接ワイヤ突出し寸法Ｌ２を前記０式に代入
することにより真の溶接ワイヤ突出し寸法１２が得られ
る。

したがって、前記したようにしてモニタ画像から得られ
る真の溶接ワイヤ突出し寸法１！２が常に一定になるよ
うにチップ（４）の上下動制御を高精度に行なうことが
でき、エクステンションを一定に保ち、高品質の溶接を
行なうことが可能となる。

また、第７図の凹部０功の画像からなるモニタ画像にも
とつき、画面上の縦方向におけるワイヤ（５）の最下端
の位置ｎｏを求める場合に、各画素データＤ″が１とな
るときの最も大きなｎｏと同時に、そのときのｍの値を
求めれば、ワイヤ（５）の最下端の画面上の２次元位置
がわかり、ワイヤ（５）の先端のねらい位置制御を行な
う場合に非常に有利である。

なお、前記実施例では、■型の狭開先を対象としたが、
他の開先形状であっても、この発明を同様に実施するこ
とができるのは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の溶接状態検出方法によると、
高輝度アーク部の画像の膨張、収縮処理を行ない、溶接
ワイヤの突出し寸法を検出するため、従来のように溶接
中の溶接電流、電圧等の溶接条件の変化に関係なく、エ
クステンションを常に一定に制御することができるとと
もに１パルスアーク溶接のように溶接アークの明るさが
変化する場合にも適用して溶接ワイヤ（５）の突出し寸
法を検出でき、高品質の溶接を行なうことができる。

また、溶接ワイヤ（５）の先端の高輝度アーク部ｆＩＯ
のモニタ画像の膨張、収縮処理により、ワイヤ（５）の
先端のモニタ画面上での２次元位置を容易に求めること
ができ、ワイヤ（５）の先端のねらい位置制御をより容
易にかつ高精度て行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図はこの発明の溶接状態検出方法の１
実施例を示し、第１図は概略構成図、第２図は一部の側
面図、第３図は溶接アーク部のモニタ画像、第４図は抽
出した凋輝度アーク部のモニタ画像、第５図および第６
図はそれぞれ膨張処理後および収縮処理後の高輝度アー
ク部のモニタ画像、第７図は形成した溶接ワイヤ先端の
モニタ画像、第８図は消耗電極式自動溶接における給電
チップ、母材間距離（エクステンション）と溶接電流と
の関係図である。 （３）・・・溶接トーチ、（５）・・・溶鉄ワイヤ、（
６）・・・溶接アーク部、（７）・・・テレビジョンカ
メラ、（１０・・・高輝度ア一り部、ａシ・・凹部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極式自動溶接機の溶接トーチに取り付けた
   テレビジョンカメラにより溶接アーク部を溶接線の斜め
   上方から監視し、前記カメラの映像信号を２値化して溶
   接ワイヤの先端に相当する凹部を有する高輝度アーク部
   の画像のみを抽出し、抽出した前記画像の膨張、収縮処
   理により前記凹部のない画像を形成し、前記凹部のない
   画像と前記凹部を有する画像との差にもとづき前記凹部
   の画像を形成し、形成した前記凹部の画像より前記ワイ
   ヤの先端位置を導出して溶接ワイヤの突出し寸法を検出
   することを特徴とする溶接状態検出方法。