JPS63130271A - 溶接監視装置 - 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、可視領域において溶接部の高輝度部と低輝度
部とを同時に観察できる溶接監視装置に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］一般に
、アーク溶接を行なう場合、良好な溶接結果を得るため
には、溶接状態を監視しながら作業を行なうことが望ま
しい。そこで、従来から、溶接状態を監視するために、
テレビカメラ等を利用した溶接監視装置が提案されてい
る。

ところが、溶接部を観察する場合、可視領域では、アー
ク部の輝度が他の部分、例えば被溶接材。

プール等の輝度に比べて非常に高いため、前記アーク部
と他の部分を同時に観察することができなかった。

これに対処するに、例えば、国際公開番号ＷＯ３５’１
０１９０５号明細書には、溶接部に赤外光を照射すると
共に、フィルターで可視領域をカツトシ、赤外領域で感
度を右するテレビカメラ等で観察するようにした技術が
開示されている。

しかしながら、前記従来例では、溶接部に赤外光を照明
する特殊な光源が必要になり、また、赤外領域で観察す
るため。観察像として、白黒画像しか得られないという
問題点がある。

［発明の目的１ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、特殊
な光源等を必要とせずに高輝度部と低輝度部とを同時に
観察でき、しかも可視領域で観察できるようにした溶接
監視装置を提供することを目的としている。

ｃ問題点を解決するための手段及び作用］本発明による
溶接監視装置は、溶接部の観察像を伝達する光学系を有
するものにおいて、前記光学系に観察像の高輝度領域と
低輝爪領域のうち少なくとも高輝度領域を独立に光量調
節可能にした光量調節手段を設け、この光量調節手段に
よって光量調節された後の高輝度領域の像と低輝度領域
の像とを合成して溶接部の像を形成づるようにしたもの
である。

号なわら、観察像の高輝度領域と低輝度領域とのうち少
なくとも高輝度領域を独立に光ｒｄ副調整た後、開領域
の像を合成することによって、溶接部における高輝度部
と低輝度部との同時観察が可能な、あるいは同時観察に
最適なコントラストの像を得ることが可能になる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は溶接監視装置の構成を示す説明図、第２図は第１図
のＡ矢視図、第３図は第１図のＢ矢視図、第４図は合成
後の溶接部の画像を示す説明図である。

第１図において、符号１は例えばＶ型端面を右づる母材
（被溶接材）、２は溶接棒である。溶接の際には、前記
母材１と溶接棒２にアーク電圧が印加されて、母材１と
溶接棒２どの間にアーク３が発生される。そして、この
アーク３によって前記母材１の一部と、前記溶接棒２の
先端部が溶融され、前記母材１が接合されるようになっ
ている。

なお、符号４は前記母材１と溶接棒２とが溶融されてな
る溶融プールである。

本実施例の溶接監視装置５は、例えば可撓性を有する像
伝達手段としてのイメージガイド部６と、このイメージ
ガイド部６によって伝達された像を撮像づ゛る撮像部７
と、この撮像部７によってｆａ＠された像を画像処理づ
る画像処理回路８と、この画像処理回路８によって画像
処理された画像を表示するカラーモニタ９とから構成さ
れている。

前記イメージガイド部６は、前端に対物レンズ等からな
る対物光学系１０を有し、この対物光学系１０の後端側
に、極細の光学繊維を多数束ねてなる光学ｌＪ＆維束１
１が連設されている。この光学繊維束１１の前端面は、
前記対物光学系１０の結像位置に配置されている。また
、この光学ＩＪＪ　ｉｔ束１１の後端は、前記撮像部７
に接続されている。

なお、溶接作業中、溶接監視装置５のイメージガイド部
６は、例えば溶接部３ｏを側方からｖＡ察するように配
置されるようになっている。

前記撮像部７には、前記光学繊維束１１の後端から出射
される光束を２分割する光束分割手段としてのビームス
プリッタ１２が設けられている。

このビームスプリッタ１２によって分割された一方の光
束、例えばこのビームスプリッタ１２を透過した光束は
、接眼レンズ等からなる結像光学系１３に入射されるよ
うになっている。この結像光学系１３の結像位置には、
撮像手段としての固体撮＠素子１４が配設されている。

また、前記ビームスプリッタ１２によって分割された他
方の光束、ずなわちこのビームスプリッタ１２の反射面
１２ａで反射された光束は、全反射ミラー１５によって
光路を例えば直角方向に変えられて、接眼レンズ等から
なる結像光学辰１６に入射されるようになっている。こ
の結像光学系１６の結像位置には、前記固体撮像索子１
４と同様の撮像手段としての固体撮像素子１７が配設さ
れている。なお、前記固体躍９素子１４．１７の前面に
は、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色、
あるいは、Ｉ″Ｉ’ｊ（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、緑（
Ｇ）の補色等をそれぞれ透過するフィルタをモザイク状
等に配列した色フィルタが設けられている。

本実施例では、前記結像光学系１３，１Ｇ内にそれぞれ
ＮＤフィルタ等の光量調節手段１８．１９が例えば挿脱
自在に設けられており、前記固体撮像素子１４．１７に
入射する光量をそれぞれ独立に調節可能になっており、
本実施例では固体撮像素子１４に入射する光量よりも固
体撮像素子１７に入射する光Ｊｉ）がより少なくなるよ
うに調節されている。なお、前記光ｍ調節手段１８．１
９はエレクトロクロミック索子等の透過率可変素子でも
良い。また、前記固体撮像素子１４の撮像面の前面には
、前記結像光学系１３によって結像される溶接部３０の
観察像のうち略母材１の表面を境に輝度の高いアーク３
側の像を遮蔽Ｊるマスク２０が配設されている。また、
前記固体撮像素子１７の撮像部の前面には、前記結像光
学系１３によって結像される溶接部３０の観察像のうち
略母材１の表面を境に輝度の低い母材１側の像を遮蔽す
るマスク２１が配設されている。従って、第２図に示１
ように、前記固体撮像素子１４には、輝度の低い母材１
側の会のみが結像され、一方、第３図に示すように、前
記固体撮像素子１７には、輝度の高いアーク３側の像の
みが結像されるようになっている。なお、前記マスク２
０．２１は、互いに遮蔽部と透過部が反対になっている
と共に、遮蔽部と透過部の境界は一致している。

前記固体撮像素子１４．１７の各画素に対応した信号は
、前記画像処理回路８に入力され、この画像処理回路８
によって、固体撮像索子１４で撮像された像と固体撮像
素子１７で撮像された像とを合成するように画像処理さ
れる。そして、第４図に示すように、溶接部３０仝体の
画像が前記カラーモニタ９にＪ：つて表示されるように
なっている。

次に、本実施例の溶接監視装置の動作を説明する。

溶接作業中、溶接監視装置５のイメージガイド部６は、
例えば溶接部３０を側方から観察するように配置される
。前記溶接部３０の像は、対物光学系１０によって光学
繊維束１１の前端面１１に結像され、光学繊維束１１に
よって撮像部７に伝達される。前記光学繊維束１１の後
端から出射された光束は、ビームスプリッタ１２によっ
て２分割される。そして、分割された光束は、それぞれ
結像光学系１３．１６に入射され、この結像光学系１３
．１６によってそれぞれ、固体撮像素子１４及びマスク
２０上、固体ｍｔＱ素子１７及びマスク２１上に前記溶
接部３０の像が結像される。前記結像光学系１３．１６
内に設けられた光量調節手段１８．１９は、それぞれ独
立に光ｍを調節できるようになっており、本実施例では
、光量調節手段１９の方がより減光するようになってい
る。

従って、前記固体撮像索子１４及びマスク２０上に結像
される像よりも前記固体撮像素子１７及びマスク２１上
に結像される像の方がより減光されている。

マスク２０によってアーク３側の像が遮蔽されるため、
前記固体撮像索子１４には、第２図に示すように、母材
１側の像のみが結像される。また、マスク２１によって
母材１側の像が遮蔽されるため、前記囚体ｍ！ｓＩ素子
１７には、第３図に示すように、アーク３側の像のみが
結像される。

前記光ｍ調節手段１８によって、前記固体撮像素子１７
に結像される高輝度のアーク３側の像の方がより減光さ
れているので、第４図示すように、画像処理回路８によ
って合成されてカラーモニタ９に表示される画像は、母
材１側とアーク３側とは、同時観察が可能な、あるいは
同時観察に最適なコントラストで表示される。

このように本実施例によれば、赤外光を照射する特殊な
光源等を必要とせずに高輝度のアーク部とアーク部以外
の低輝度の部分とを同時に観察できる。しかも、可視領
域で観察できるのでカラー画像を得ることができる。

また、溶接電流の違い等によって、アーク３の輝度が異
なる場合であっても、母材１側とアーク３側の光はを独
立に調節することができるので、常に最適なコントラス
トで表示することができる。

第５図は本発明の第２実施例の溶接監視装置の構成を示
す説明図である。

本実施例では、光学繊維束１１の後端から出射された光
束は接眼レンズ等からなる結像光学系３１に入射される
ようになっている。そして、この結像光学系３１の結像
位置には、撮像手段としての固体撮像素子３２が配設さ
れている。

また、前記固体撮像素子３２の撮像面の前面側には、前
記結像光学系３１によって結像される溶接部３０の観察
像のうち輝度の高いアーク３側のみに挿脱自在なＮＤフ
ィルタ３３が複数枚配設されている。このＮ　Ｄフィル
タ３３は、例えば、それぞれ減光量が異なっており、ア
ーク３側と母材１側との輝度の違いに応じて、１枚また
は複数枚を選択して前記固体撮像素子３２の全面に挿入
できるようになっている。

本実施例によれば、簡単な構成で、高輝度のアーク部と
アーク部以外の低輝度の部分とを同時に観察できる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されず、例えば、撮
像手段は、固体撮像素子に限らず、撮像管等でも良い。

また、第１図において、結像光学系１３．１６の結像位
置に、固体ｍ　ＦＡ素子１４．１７の代りに、それぞれ
光学ＩＪＡ維束等の像伝達手段の入射端面を配置し、２
つの像伝達手段によって高輝度領域の像と低輝度領域の
像を同一の接眼レンズ側に伝達すると共に、この接眼レ
ンズに、２つの像伝達手段の出射光を、両像が合成され
るように入射させ、この接眼レンズを介して溶接部の観
察像を肉眼で観察できるようにしても良い。また、第５
図においても、固体撮像素子３２の配設位置に接眼部を
設けて、溶接部の？ｉＳｌ察像を肉眼で観察できるよう
にしても良い。

［発明の効果１ 以上説明したように本発明によれば、溶接部の観察像を
伝速づる光学系に、観察像の高輝度領域と低輝度領域の
うち少なくとも高輝度領域を独立に光量調節手段にした
光量調節手段を設け、この光量調節手段によって光量調
節された後の高輝度領域の像と低輝度領域の像とを合成
して溶接部の画像を形成するようにしたので、特殊な光
源等を必要とせずに高輝度部と低輝度部とを同時に観察
でき、しかも可視領域で観察することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は溶接監視装置の構成を示す説明図、第２図は第１図
のＡ矢視図、第３図は第１図のＢ矢視図、第４図は合成
後の溶接部の画像を承り一説明図、第５図は本発明の第
２実施例の溶接監視装置の構成を示１説明図である。 １・・・母材　　　　　　　３・・・アーク５・・・溶
接監視装置　　　６・・・イメージガイド部７・・・撮
像面　　　　　　８・・・画像処理回路９・・・カラー
モニタ １２・・・ビームスプリッタ １３．１６・・・結像光学系 １４．１７・・・固体撮像素子 １５・・・全反射ミラー １８．１９・・・光量調節手段 ２０．２１・・・マスク　　　３０・・・溶）＆部第１
図 第２図　　　　　第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接部の観察像を伝達する光学系を有する溶接監
   視装置において、前記光学系に観察像の高輝度領域と低
   輝度領域のうち少なくとも高輝度領域を独立に光量調節
   可能にした光量調節手段を設け、この光量調節手段によ
   って光量調節された後の高輝度領域の像と低輝度領域の
   像とを合成して溶接部の像を形成するようにしたことを
   特徴とする溶接監視装置。
2. （２）前記光量調節手段によつて光量調整された後の高
   輝度領域の像と低輝度領域の像は、撮像手段によって撮
   像され、この撮像手段によつて撮像された像は表示手段
   によって表示されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の溶接監視装置。
3. （３）前記光学系に光束を２つに分割する光束分割手段
   が設けられ、前記光量調節手段は、分割された２つの光
   束の光路中にそれぞれ設けられ、光量調節された後の２
   つの光束は、一方が高輝度領域側が遮蔽され、他方が低
   輝度領域側が遮蔽されて、それぞれ撮像手段によつて撮
   像され、２つの撮像手段によって撮像された像が合成さ
   れて表示手段によつて表示されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の溶接監視装置。
4. （４）前記光量調節手段は、前記光学系によって伝達さ
   れた溶接部の観察像を撮像する撮像手段の前面の少なく
   とも高輝度領域側に挿脱自在に配設された減光フィルタ
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   溶接監視装置。