JPS63106501A - 開先位置検出方法 - 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〕 本発明は、スリット光を溶接すべき開先領域に照射して
得られる光切断画像を利用して開先位置を検出する溶接
位置検出方法に関する。

〔従来の技術〕

開先位置を検出する方法として、スリット光を溶接材の
開先面に照射し、これによって開先部を横断した光切断
像を得て、この光切断像を撮像装置により撮像し、この
撮像によって得られた光切断画像を画像処理装置によっ
て処理し、開先位置を検出するものがある。このような
技術は、一般に、光切断法による開先位置検出方法と呼
ばれている。なお、光切断法を用いた開先位置検出方法
に関する文献としては１例えば、特開昭５６−１３６２
８０号公報がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した如き光切断法による開先位置検出方法は、光切
断像を画像として入力し、この画像を処理するので、入
力される画像が適切なものでない場合には開先位置を正
確に検出することが困難となる。すなわち、スリット光
を溶接開先部に照射した際の反射光景がワークの材質１
表面の加工仕上げの状態の変化によって大きくばらつく
だけでなく、開先面と検出部との相対的な姿勢の変化に
よっても大きく変化する。このため、ある状況で最適に
画像信号を入力できたとしても、上記した如き変化があ
ると入力した画像信号が開先位置を検出するのに不適当
となり、開先位置を正確に検出できない場合も生じる。

このような不具合をなくすために、撮像装置により得ら
れたアナログの画像信号をディジタル化する際のしきい
値を浮動とし、Ｓ／Ｎ比の改善を行っているが、十分な
ものとは言えない、特に、スリット光を照射した部分か
らの反射光の７度レベルとスリツ１〜光が照射されない
部分の輝度レベルとの差が小さい場合には検出に十分な
画像が得られにくい、また、スリット光の照射光量を大
きくし過ぎると、スリット光を照射した部分だけなくそ
の周辺領域までも光った状態となり、開先位置を正確に
検出することが困難となる。

本発明の目的は、ワークの材質や表面状態の変化、ある
いは検出部の姿勢が変化した場合等においても正確に開
先位置を検出することのできる開先位置検出方法を提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、まず任意の光量でスリット光を照射した際
に得られる開先部分の光切断画像を評価し、この際の光
切断画像が開先位置を検出するのに適当かどうかを判断
し、それが不適当なものであればその光切断画像の状態
と予定した最適状態との相違に応じて前記スリット光の
光量を調節し。

その調節後において再度光切断画像を入力し、その再度
入力した光切断像を処理することによって開先位置を検
出することで達成できる。

〔作用〕

ワークの材質が変わり、表面の加工状態が変わり、ある
いは検出部の姿勢が変わった場合においても、まず任意
の光量（例えば、直前の検出時での光量）でスリット光
を照射し、その際の光切断画像を入力処理して、それが
開先位置検出に適当なものかどうかを判断しているので
、不適当な状態で開先位置を検出することがなくなる。

また、この判断の結果、不適当な場合には、入力した光
切断画像が最適状態からどの程度どの様にずれているか
をチェックし、このずれの程度あるいはずれの種類に応
じて照射するスリット光の光量を調節する。そして、こ
の調節後のスリット光照射によって得られる光切断像を
撮像し、より適切な光切断画像を得て、開先位置を検出
するようにしている。したがって、上記した如き変化が
あっても、常に安定して正確に開先位置を検出すること
ができる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第８図を参照して本発明の詳細な説明す
る。第１図は、この発明の一実施例に係る開先位置検出
装置の概略構成図である。図において、１は溶接トーチ
、２は溶接ワイヤ、３は。

溶接母材４，５の溶接開先面（以下、単に開先と呼ぶ）
６部分にスリット光７を照射する照射用光学系である。

８は、開先６にスリット光７を照射した際に得られる光
切断線９を溶接母材４，５の上方から観測（撮像）する
ＩＴＶ等の観測用光学系である。溶接トーチ１、照射用
光学系３及び観測用光学系８は、一体的に配置され、か
つ溶接トーチ位置制御機構１０をｌψ動することにより
開先６上を自在に可動する。

同図１１は画像処理装置で以下に示す部分で構成される
。すなわち、１２は観測用光学系８により得られるアナ
ログのＮａ信号をデジタル量にＡ／Ｄ変換すると共に画
像処理装置１１内の各部に画像データを出力する画像入
出力部、１３は両グλデータを記憶する画像記憶部、１
４は詳細は後述するが最適照射光量の計算や開先６の倣
り位置の計算等を行なう演算部、１５は後述する照射用
光学系駆動回路１７、溶接トーチ位置制御回路１８等の
外部機器制御部、１６は上述した１２〜１５の各部を統
括的に制御する主制御部である。

第２図〜第８図を用いて、本発明の実施例における開先
位置の検出方法について述べる。

第２図は、開先形状が第１図に示す重ね継手の場合を例
として本発明の開先位置の検出方法をフローチャートで
示したものである。以下、第２同のフローチャートにし
たがい、開先検出手順を説明する。

第２図に示したように、まず任意の光Ｊｉｔ（Ｉｎとす
る）のスリット光を開先面に照射しくステップＦ１）、
光切断画像９を入力する（ステップＦ２）、つぎに、得
られた開先面の光切断画像の濃度パターン（分布）が、
あらかじめ用意している濃度パターンのどの属性に分類
されるかを検出する（ステップＦ３）。

ここでは、上述したステップＦ１１．Ｆ２で得た光切断
画像が、正しく開先位置を検出できる画像か否かについ
て分類する。第３Ａ図および第３Ｂ図に、前記濃度パタ
ーンの分類方法について示す。

第３Ａ図の四角辺ＡＢＣＤは、観測用光学系８により得
る開先光切断線を含む画像データである。

９ａは背景９ｂより明るく生じる光切断画像である。光
切断画像９８の線分ＨＩ　　Ｈｚ、Ｈｚ　　Ｈａは第１
図の溶接母材５の上面、端面での光切ｉＦｒ像を各々示
し、線分Ｈｓ　　Ｌｚは同図の溶接母材４の上面の光切
断像である。第３Ａ図のｕ、ｖ座標軸は、観測用光学系
８の水平、垂直軸を各々示している。第３Ａ図の画像デ
ータから、水平方向の各画素の濃度値の加算を行なう、
これを垂直方向の画素ごとに算出し、垂直方向の濃度分
布として表わした一例を第３Ｂ図に示す。この演算結果
から、図示しように、濃度（加算値）の最大値Ｂｍａｘ
＊最小値Ｂ　ＳＩｎ及び両者の中間値Ｂａｙを算出する
。

第２図のステップＦ３の濃度パターンの検出では、上述
のＢｍａＸｙＢｍ＊ｎ及びＢａｖをパラメータとして行
なう、すなわち式（１）と式（２）の両方を満足するか
否かで、入手した画像データが正しく開先位置を検出で
きる画像であるか否かを決める。

Ｂ　−ａｘ　　Ｂ−ｔｎ＜　Ｂ　ｗ　　　　　　　　　
・＝　（１）Ｂｒｔ＜　Ｂ　ａｔ＜　Ｂ　丁！　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）式（１）
のＢ、と式（２）のＢＴＩ及びＢｔｚは、経験的あるい
は論理的に定めた濃度加算値である。

式（１）は、光切断画像の明るい部分と暗い部分との差
が定められた許容値（Ｂ、’Ｉに入っているかどうかを
検出し、式（２）は、光切断像の平均的な明るさが、上
限（ＢＴＵ）及び下限（Ｂｔｔ）の範囲内に入っている
かどうかを検出する。

第２図のステップＦ４では１式（１）と式（２）を同時
に満たすか否かを判定する６両式を満たすときは、ステ
ップＦ５に進み、ステップＦｌ。

Ｆ２であらかじめ入力し記憶しである光切断画像データ
から、所望とする開先倣い位置を演算する。

ステップＦ４で式（１）と式（２）の少なくともいずれ
かを満たさないときは、溶接母材の材質や表面状態さら
には照射光学系と１１側用光学系からなる検出部と溶接
母材との相対的姿勢などの変化により、適切な開先光切
断画像が得られていないものと判断し、ステップＦ６に
分岐する。

ステップＦ６では、光切断画像の濃度パターンの性質を
さらに３種類に分類し、各々の濃度パターンの性質に応
じて照射用光学系３の照射光量を制御して開先位置の検
出を行なう３方式のいずれかの手順に分岐させる。

第１の方式は、式（１）を満足するが式（２）を満足し
ない場合であり、Ｂａｖ≧ＢＴ！又はＢａｙ≦ＢＴＬの
とき、すなわち光切断画像が全体的に明る過ぎるか、あ
るいは暗過ぎる場合に和戦する。この場合には、照射光
量の最適条件を演算するステップＦ７に分岐する。第４
図〜第６図は、ステップＦ７における照射用光学系の最
適照射光量の算出方法を示したものである。

第４図において、四角辺ＡＢＣＤは、第３Ａ図と同様に
Ｍ測用光学系８により得る開先光切断画像を含む画像デ
ータである。図において垂直軸Ｖ方向の点Ｖｌ〜Ｖｙ１
の各水平ラインにおける光切断画像９ａの濃度を調べる
。第５Ａ図、第５Ｂ図はその測定例であり、各々水平−
ライン上の光切断画像の濃度がａ測用光学系８の受光素
子（図示せず）の感度内にある場合と感度を越えている
場合に相当する３前者の測定例の場合は、光切断画像９
ａに相当する濃度のピーク値工１を求める。

また、後者の測定例の場合は、濃度が飽和している部分
の幅Ｂｚ　を算出する。このようにして、水平ラインｖ
１〜ｖｎの各ラインにおける光切断画像９ａの濃度を示
すエエ又はＢ１を求めた後、ｎ個のデータを平均化処理
し、光切断画像９ａの明るさの代表値を算出する。つぎ
に、光切断画像９ａの明るさの代表値から、光切断画像
の明るさが観測用光学系８の受光部の最大濃度１．＆８
近傍となるような照射用光学系３の照射光量の設定値を
逆算する。こうした適切な照射光量を決めたならば、第
２図のステップＦ８．Ｆ９．ＦＩＯの処理を行い、再び
スリット光を照射して開先位置検出を行なう、すなわち
、第５Ａ図の如く光切断画像の輝度が小さい場合、ある
いは第５Ｂ図の如く光切断画像の濃度が大きい場合には
、第５Ｃ図のように受光部のダイナミックレンジを有効
に用いて撮像するように第２回目のスリット光の照射光
量の制御を行なう、これによって、鮮明な光切断像が得
られるので、画像処理において高精度な開先位置ずれの
検出が可能となる。

第６図は、上述した第２図のステップＦ６の他の一実施
例を示す、第６図において、四角辺ａｂｃｄは、光切断
画像９ａの明るさの代表値を算出する領域である。算出
方法は、前述と同様であるが、算出領域を狭くして演算
処理することによす、演算時間が短縮される効果がある
。

次に、第２図のステップＦｉｌ〜Ｆ１４に示される第２
のスリット光量制御方式について第７Ａ図〜第７Ｄ図を
用いて述べる。この場合に対象となる開先光切断画像は
、式（１）を満足しない場合で且つ開先のコーナ部等の
局部的な強い反射像が生じていない場合である０局部的
な強い反射像が発生する開先画像に対しては、詳細は後
述するがステップＦ６で判断しステップＦ１５〜Ｆ１８
８のフローチャートに従う開先検出を行なう。ここでは
光切断像の各線分の明るさが部分的に異なる像が生じる
場合である。

第７Ａ図〜第７Ｄ図において、第３Ａ図、第３Ｂ図と同
一内容の部分は同一記号で示した。第７Ａ図、第７Ｂ図
の例では、Ｂｓａｘと、Ｂ　ｍ　Ｉ　ｎの差すなわち明
るさの変動が大きい。

また、光切断像の明るさが線分Ｈ１）Ｉｚ、）Ｔ２−Ｈ
ａ　＊　Ｈｓ　　Ｌｌで示される溶接母材の各面で変化
している０式（２）で示される正確に画像処理できる許
容値Ｂ　ｔｘ　ｔ　Ｂ　Ｔｚを同図に併示した値と仮定
すると、各線分共に検出不能となる。このようなことか
ら、ステップＦ１，１では、まず各線分の境界部分のＶ
方向概略位置を検出する０例えば。

第７Ｂ図の水平ラインの積算値を受光画面の垂直方向（
Ｖ）に微分すれば、第７Ｃ図の如く境界部分にピーク値
（２箇所）・が現われるので、このピーク位置（同図ｖ
＋　、ｖｚ　）を検出すれば良い。

さらに境界部分で分離される３要素の線分について、第
３Ａ図、第３Ｂ図で示した同様の手法により線要素の明
るさの代表値を各々算出する。そして、３要素の光切断
像について各々の明るさが、観測用光学系８の受光部の
最大濃度Ｉ　ｍ＆Ｘ近傍となるような照射用光学系３の
照射光量の設定値を各々逆算する。ステップＦ１２．Ｆ
１３では、各々の切断画像の線分ごとに適切なるスリッ
ト光を照射して開先画像を入力し記憶する操作を繰り返
す、さらに、ステップＦ１４では、上述して得られた各
線画像情報を１つの開先画像を合成し、開先位置を検出
する。

これによって、開先面の材質２表面仕上状態等による光
の反射率の変化や前記検出部と開先面の相対的姿勢の違
いによる光の入射角度の変化によって光切断像の明るさ
が部分的に異なる場合でも正確に検出が可能となる。

次に、第２図のステップＦ１５〜Ｆ１８に示される第３
のスリット光量制御方式について、第８Ａ図、第８Ｂ図
を用いて説明する。この場合に対象となる開先光切断画
像は、局部的な強い反射像が生じている場合である。第
１図で示される重ね継手の開先面の例では、通常溶接母
材５のコーナ部で上述した局部的に強い反射像が発生し
易い。

第８Ａ図、第８Ｂ図は、第３のスリット光量制御の対象
となる光切断画像の一例を示したものである０図におい
て、第３Ａ図、第３Ｂ図と同一部分は、同一記号で示し
た。第７Ａ図〜第７Ｄ図に示した第２のスリット光量制
御の対象となる画像と同様に、Ｂ、□とＢ　＋＋＋ｉｎ
の差すなわち切断像の明るさの変動が大きい、この点は
両者共に類似しているが第２図のステップＦ６において
、ＢｍａｘとＢｍｉｎの差がある一定値（Ｂｐ　）を越
えているかどうかを演算し、Ｂｐを越えいる場合に局部
的な強い反射像が光切断像の中に含まれているものと判
断し、以下に示す第３のスリット光量制御方式に従って
開先位置を検出する。

ステップＦ１５では、まず、ステップＦ６と同様の方法
で光切断像の３要素の線分の明るさの代表値を各々算出
し、これら３要素の光切断像の明るさが＠測用光学系８
の受光部の最大濃度Ｉ　ｗａｘ近傍となるような照射用
光学系３の照射光量の設定値を各々逆算する。つぎに、
第８Ｂ図のＢ　ｗａａｘに示される光切断像のコーナ部
の明るさを算出した後、上述と同様に照射用光学系３の
照射光量の設定値を逆算する。ステップＦ１６．Ｆ１７
では、各々の切断画像の線分と局部ごとに適切なるスリ
ット光を照射して開先画像を入力し、記憶する繰り返す
、さらに、ステップＦ１８では、各々の各線分、局部の
画像情報を１つの開先画像に合成し。

開先位置を検出する。

これによって、光切断画像の明るさが部分的に異なった
り１局部的に大きく変化しても正確に開先位置の検出が
可能となる。

〔発明の効果〕

スリット光を溶接開先部に照射した際の反射光がワーク
の材質や表面の加工仕上げ状態によって変化したり、あ
るいは開先面と検出部の相対的な姿勢によって変化して
も、本発明によれば一度撮像される光切断画像を評価し
た後、適正制御されたスリット光を再度照射して光切断
画像を検出できるので、上述した開先の検出条件の変化
に影響されずに常に精度の良い開先位置の検出が可能と
なる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る概略構成図。 第２図は第１図の実施例の動作フローを示す図、第３Ａ
図および第３Ｂ図は光切断画像の濃度パターンの分類方
法を説明するための図、第４図は光切断画像から濃度パ
ターンを算出する方法を説明するための図、第５Ａ図〜
第５Ｃ図は濃度パターン例を示す図、第６図は光切断画
像から濃度パターンを算出する方法を説明するための図
、第７Ａ図〜第７Ｄ図は光切断画像の線分毎に濃度が異
なる場合の濃度の検出方法を説明するための図、第８Ａ
図と第８Ｂ図は局部的に濃度が変化する光切断画像とそ
の濃度パターンを示す図である。 １・・・溶接トーチ、２・・・溶接ワイヤ、３・・・照
射用光学系、６・・・開先面、７・・・スリット光、８
・・・観測用光学系、９・・・光切断線、１０・・・溶
接トーチ位置制御機構、１１・・・画像処理装置、１２
・・・画像入出力部、１３・・・画像記憶部、１４・・
・演算部、１５・・・外部機器制御部、１６・・・主制
御部、１７・・・照射用光学系駆動回路、１８・・・溶
接トーチ位置制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接すべき開先に対してスリット光を照射し、該照
   射された開先部分を撮像することによつて光切断画像を
   入力し、該光切断画像を処理することによつて開先位置
   を検出する開先位置検出方法において、 まず任意の光量で前記スリット光を照射して光切断画像
   を入力し、入力した光切断画像が前記開先位置を検出す
   る上で適当かどうかを判断し、不適当なものであれば前
   記光切断画像の状態と予想される最適状態との相違に応
   じて前記スリット光の光量を調節し、該調節後において
   再度前記光切断画像を入力処理して開先位置を検出する
   ことを特徴とする開先位置検出方法。