JPS6316227B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、Ｉ型狭開先を有する管相貫継手な
どの溶接継手の溶接線に対する倣い位置に溶接ト
ーチを制御する溶接線倣い制御方法に関し、前記
狭開先の中心線である溶接線に対する倣い位置
に、容易にかつ正確に溶接トーチを制御し、しか
も前記溶接トーチが狭開先内を往復移動しても、
前記狭開先内のアーク近辺の輻射赤外線による映
像に基づいて狭開先の中心線である溶接線を導出
する際に、溶融池による前記映像の不鮮明化を防
止し、良好な溶接を行なえるようにすることを目
的とする。

つぎに、この発明を、その１実施例を示した図
面とともに詳細に説明する。

図面において、１，２は溶接継手である突合せ
継手３を構成する母材、４は継手３に形成された
Ｉ型狭開先、５は開先４の底部に設けられた裏当
て材、６は内部を溶接ワイヤ７が送給され開先４
内を往復移動する短冊状の溶接トーチ、８，８′
はトーチ６の移動方向の両側に取付けられた第
１、第２オプテイカルフアイバ（以下第１、第２
フアイバという）、９，９′は赤外線フイルタから
なる第１、第２フイルタ、１０，１０′はそれぞ
れ前記アークの近辺を撮像して第１、第２撮像信
号を出力する赤外領域に感度を有する第１、第２
工業用テレビジヨンカメラ（以下第１、第２カメ
ラという）であり、それぞれ両フイルタ９，９′
を介して両フアイバ８，８′に接続されており、
第１図ａ中のＡ方向へのトーチ６の移動による溶
接時に、第１カメラ１０が作動して第１フアイバ
８、第１フイルタ９を介し前記アークの近辺の輻
射赤外線による像を撮像し、第１図中の方向への
トーチ６の移動による溶接時に、第２フアイバ１
０′が作動して第２フアイバ８′、第２フイルタ
９′を介し前記アークの近辺の輻射赤外線による
像を撮像する。１１，１１′はそれぞれ両カメラ
１０，１０′に接続され両カメラ１０，１０′から
の両撮像信号を増幅する第１、第２増幅部、１２
は両増幅部１１，１１′に接続され後述の演算信
号により開先４の中心線である溶接線１３を導出
して導出信号を出力する処理部、１４，１４′は
処理部１２を介して前記両撮像信号がそれぞれ入
力され画面１５，１５′上に前記アークの近辺の
映像を、狭開先４の方向が左右方向になるように
それぞれ表示する第１、第２モニタ用テレビジヨ
ン受像機（以下第１、第２モニタという）、１６
は前記両映像に基づき開先４の両内側面と開先底
との両画面１５，１５′上の交線４′，４″の各点
の位置およびトーチ６と溶接線１３とのずれ角を
算出して処理部１２に演算信号を出力する演算
部、１７はトーチ６の狭開先４の幅方向への移動
用第１操作信号およびトーチ６の中心軸まわりの
回転用第２操作信号を出力する手動操作部、１８
は処理部１２を介して前記導出信号および前記操
作信号が入力される制御部であり、前記導出信号
により、トーチ６の上下方向の中心軸の先端、す
なわちワイヤ７の先端が開先４の中心線である溶
接線１３上に位置するようにトーチ６を移動させ
るとともに、トーチ６が溶接線１３に平行になる
ようにトーチ６を前記中心軸まわりに回転移動さ
せ、手動制御時に、前記両操作信号により、前記
と同様にトーチ６を移動させる。

そして、たとえばトーチ６が第１図ａ中のＡ方
向に移動して溶接する場合、第１フアイバ８によ
り開先４内に発生するアークの近辺を上方から監
視するとともに、第１カメラ１０により前記アー
クの近辺を撮像すると、第１カメラ１０から第１
アンプ１１を介して撮像信号が出力され、前記撮
像信号により、たとえば第３図に示すように、温
度のやや低い狭開先４の底部の裏当て材５に相当
する左傾斜の斜線を施こした画面１５の中央部が
やや暗く、さらに温度の低い狭開先４の両内側面
の上端部に相当する右傾斜の斜線を施こした画面
１５の上端部および下端部が暗く、温度の高い狭
開先４の両内側面と開先底の裏当て材５との交線
４′，４″付近に相当する斜線を施こしていない画
面１５上の交線４′，４″付辺のハツチングを施さ
ない部分が明るい映像が、第１モニタ１４の画面
１５上に表示されるとともに、第３図に示すよう
に、処理部１２により、表示された前記映像に重
ねて所定幅で上下方向に長尺の第１、第２信号枠
Ｓ１，Ｓ２が所定間隔で設定される。

つぎに、処理部１２により、前記第１信号枠Ｓ
１の画面１５の水平走査線番号ごとに、第１信号
枠Ｓ１内における該信号枠Ｓ１の幅方向、すなわ
ち左右方向への各点の明るさを示す各輝度信号が
積分され、第１信号枠Ｓ１内における前記各水平
走査線番号ごとの輝度が数値化されるとともに、
第４図に示すような第１信号枠Ｓ１における前記
各水平走査線番号ごとの輝度データである輝度曲
線が得られ、処理部１２より演算部１６に入力さ
れる。

このとき、第３図に示すように、第１信号枠Ｓ
１における前記交線４′，４″の外側が他に比べて
明るいため、第４図に示す曲線において、前記交
線４′，４″付近の輝度の値は高くなり、第３図に
示す画面１５上の信号枠Ｓ１の幅方向の中心線と
交線４′，４″との交点Ｘ，X′に対応する第４図
中の点Ｃ，Ｄ間で一定値となる。

つぎに、演算部１６により、画面１５上の交点
Ｘ，X′に対応する第４図に示す曲線上の前記両
点Ｃ，Ｄの水平走査線番号が両点Ｃ，Ｄの画面１
５上の位置として算出され、第１信号枠Ｓ１にお
ける画面１５での前記両交線４′，４″上の点Ｃ，
Ｄの位置Ｍ，M′が算出されるとともに、演算部
１６により、前記と同様にして第２信号枠Ｓ２の
幅方向の中心線と交線４′，４″との交点Ｙ，
Y′の画面１５における位置Ｎ，N′が算出される。

そして、演算部１６により算出された画面１５
上の両信号枠Ｓ１，Ｓ２における前記両交線４′，
４″上の各点Ｘ，X′，Ｙ，Y′の位置Ｍ，M′，Ｎ，
N′に基づき、処理部１２により、第３図に示す
画面１５上の両交線４′，４″の中間線、すなわち
狭開先４の中心線である溶接線１３が導出され、
前記溶接線１３が画面１５の上下の中心線に一致
し、かつ画面１５の左右方向に平行になるよう
に、制御部１８により、トーチ６が狭開先４の幅
方向に移動され、かつトーチ６の中心軸のまわり
に回転される。

なお、画面１５の表示映像が、第３図に示すよ
うになる場合には、溶接トーチ６が狭開先４の両
内側面に平行な状態にあり、処理部１２により導
出された溶接線１３が画面１５の左右方向に平行
になるため、溶接トーチ６が狭開先４の幅方向に
移動され、トーチ６が回転されることはなく、画
面１５の上下の中心線に前記溶接線１３が一致
し、トーチ６の中心軸が狭開先４の中心線である
前記溶接線１３上に位置することになる。

ところで、第１フアイバ８がアークを追いかけ
る位置、すなわち第２フアイバ８′の位置にある
と、当該フアイバ８を介し第１カメラ１０により
撮像されて第１モニタ１４の画面１５に表示され
る映像は開先底の裏当て材５に相当する画面１５
の中央部が明るく映り、前記映像に基づき、前記
した動作により得られる輝度曲線は第５図に示す
ようになり、画面１５上の交線４′，４″付近に対
応する水平走査番号の２個のピークの間に、溶融
池によるピークが現われ、前記交線４′，４″上の
点Ｘ，X′の画面１５における位置を算出するこ
とができなくなるため、トーチ６の第１図ａ中の
Ａ方向への移動時には、必ず第１図ａに示すよう
に移動方向に先行する位置に設けられた第１フア
イバ８を介して第１カメラ１０によりアークの近
辺を撮像しなければならない。

つぎに、第６図中の破線に示すように、トーチ
６が前記溶接線１３に対して角度θだけずれ、処
理部１２により算出された溶接線１３が、画面１
５の左右方向に対して角度θだけずれている場
合、第１モニタ１４の画面１５上に表示されるア
ークの近辺の映像は第７図に示すようになり、当
該映像に基づき、前記と同様にして演算部１６に
より算出された前記各点Ｘ，X′，Ｙ，Y′の画面
１５における位置Ｍ，M′，Ｎ，N′および、両信
号枠Ｓ１，Ｓ２間の距離Ｌにより、 θ＝tan^-1（Ｍ−Ｎ／Ｌ） の式に従つて前記ずれ角の角度θが演算部１６に
より算出されるとともに、算出された前記角度θ
に基づく演算信号が処理部１２を介して制御部１
８に出力され、制御部１８により、前記角度θが
零になつて画面１５において溶接線１３が画面１
５の左右方向に平行になるように、トーチ６が中
心軸のまわりを第６図中の破線矢印方向に回転移
動され、トーチ６が溶接線１３に平行に配設され
る。

そして、このようにしてトーチ６の中心軸の先
端であるワイヤ７の先端が狭開先４の中心線上に
位置し、かつトーチ６が狭開先４の内側面に平行
になり、狭開先４の中心線である溶接線１３に対
する倣い位置に、溶接トーチ６が正確に制御さ
れ、これらの動作が繰り返され、溶接線１３に対
する倣い位置にトーチ６が移動され、第１図ａ中
のＡ方向への開先４の溶接が行なわれる。

一方、トーチ６が第１図ａ中のＢ方向に移動し
て溶接する場合、前記と同様の動作により第１図
ａ中のＢ方向への開先４の溶接が行なわれる。

したがつて、前記実施例によると、開先４の第
１図ａ中のＡ方向、Ｂ方向への溶接時に、それぞ
れ第１、第２フアイバ８，８′を介し、第１、第
２カメラ１０，１０′によりアークの近辺を撮像
して第１、第２モニタ１４，１４′に前記アーク
の近辺の映像を表示し、それぞれの前記映像に基
づき、演算部１６および処理部１２により溶接線
１３を導出してトーチ６を前記溶接線１３に対す
る倣い位置に移動させるようにしたことにより、
狭開先４の中心線である溶接線１３に対する倣い
位置に、溶接トーチ６を容易にかつ正確に制御で
き、しかも溶接トーチ６が狭開先４内を往復移動
しても、狭開先４内のアーク近辺の輻射赤外線に
よる映像に基づいて溶接線１３を導出する際に、
モニタ１４，１４′に表示される映像の中央部が
溶融池により明るく映り画面１５，１５′上の交
線４′，４″付近が不鮮明になることを防止するこ
とができ、溶接線１３に対する倣い位置を容易か
つ正確に導出することができ、良好な溶接を行な
うことができる。

さらに、遠隔地点から開先４の溶接状況を監視
することができるため、高所等の危険度の高い溶
接箇所の溶接時にも適用することができ、有用で
ある。

以上のように、この発明は、溶接継手に形成さ
れたＩ型狭開先内を往復移動する短冊状の溶接ト
ーチの前記移動方向の両側に第１、第２オプテイ
カルフアイバを取付け、一方の移動方向への溶接
時に一方の前記フアイバにより、他方の移動方向
への溶接時に他方の前記フアイバにより、それぞ
れ前記狭開先内に発生するアークの近辺を上方か
ら監視するとともに、前記両フアイバにそれぞれ
接続された赤外領域に感度を有する第１、第２工
業用テレビジヨンカメラによりそれぞれの前記フ
アイバを介して前記アークの近辺を撮像し、第
１、第２モニタ用テレビジヨン受像機に前記両カ
メラによりそれぞれ撮像された前記アークの近辺
の映像を、前記狭開先の方向が画面の左右方向に
なるようそれぞれ表示するとともに、処理部によ
り、前記受像機の画面に表示された前記狭開先の
両内側面と開先底との交線付近の明るい領域を含
む映像に、所定幅で上下方向に長尺の信号枠を所
定間隔で重ね、一方の前記信号枠の前記画面の水
平走査線番号ごとに、該信号枠内における該信号
枠の幅方向への各点の輝度に応じた信号を積分し
て数値化し、前記走査線番号ごとの各輝度数値を
演算部に入力し、該演算部により、前記信号枠の
幅方向の中心線と前記両交線との交点に対応する
前記走査線番号を、該交点の前記画面上の位置と
して算出し、前記演算部により、前記と同様にし
て他方の前記信号枠の幅方向の中心線と前記両交
線との交点の前記画面上の位置を算出し、前記各
交点の前記画面上の位置に基づき、前記処理部に
より、前記画面上の前記両交線の中間線を導出
し、前記中間線が、前記画面の上下の中心線に一
致し、かつ前記画面の左右方向に平行になるよう
に、制御部により、前記トーチを、前記狭開先の
幅方向に移動し、かつ前記トーチの中心軸のまわ
りに回転することを特徴とする溶接線倣い制御方
法である。

したがつて、この発明の溶接線倣い制御方法に
よると、Ｉ型狭開先内に発生するアークの近辺
を、溶接トーチの移動方向の先行側に取付けたオ
プテイカルフアイバを介して工業用テレビジヨン
カメラにより撮像し、モニタ用テレビジヨン受像
機に表示される前記アーク近辺の映像に基づき、
処理部により、前記モニタ用テレビジヨン受像機
の画面上における狭開先の両内側面と開先底との
両交線上の点の位置を算出し、演算部により、溶
接線として前記両交線の中間線を算出し、算出し
た前記中間線が、前記画面の上下の中心線に一致
し、かつ前記画面の左右方向に平行になるよう
に、制御部により、溶接トーチを、前記狭開先の
幅方向に移動し、かつ前記トーチの中心軸のまわ
りに回転するようにしたため、溶接トーチの中心
軸が狭開先の中心線である前記溶接線上に位置す
るとともに、溶接トーチが狭開先の内側面に平行
になり、管相貫継手に形成されたＩ型狭開先のよ
うな狭開先であつても、狭開先の中心線である溶
接線に対する倣い位置に、溶接トーチを容易にか
つ正確に制御することができる。

さらに、溶接トーチの移動方向の先行側に取付
けたオプテイカルフアイバを介して撮像したアー
ク近辺の映像に基づき、前記したように狭開先の
中心線を導出するため、溶接トーチが狭開先内を
往復移動しても、処理部により、狭開先内のアー
ク近辺の輻射赤外線による映像を処理する際に、
溶融池による前記映像の不鮮明化を防止すること
ができ、良好な溶接が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の溶接線倣い制御方法の１実
施例を示し、第１図ａは一部の正面図、同図ｂは
同図ａの右側面図、第２図はブロツク構成図、第
３図はモニタ用テレビジヨン受像機に表示される
ある状態の映像を示す図、第４図および第５図は
それぞれ演算部により算出された輝度と走査線番
号との関係図、第６図は狭開先内の溶接トーチの
状態を示す平面図、第７図はモニタ用テレビジヨ
ン受像機に表示される他の状態の映像を示す図で
ある。 ３……突合せ継手、４……狭開先、６……溶接
トーチ、８，８′……第１、第２オプテイカルフ
アイバ、１０，１０′……第１、第２工業用テレ
ビジヨンカメラ、１２……処理部、１３……溶接
線、１４，１４′……第１、第２モニタ用テレビ
ジヨン受像機、１８……制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接継手に形成されたＩ型狭開先内を往復移
   動する短冊状の溶接トーチの前記移動方向の両側
   に第１、第２オプテイカルフアイバを取付け、一
   方の移動方向への溶接時に一方の前記フアイバに
   より、他方の移動方向への溶接時に他方の前記フ
   アイバにより、それぞれ前記狭開先内に発生する
   アークの近辺を上方から監視するとともに、前記
   両フアイバにそれぞれ接続された赤外領域に感度
   を有する第１、第２工業用テレビジヨンカメラに
   よりそれぞれの前記フアイバを介して前記アーク
   の近辺を撮像し、第１、第２モニタ用テレビジヨ
   ン受像機に前記両カメラによりそれぞれ撮像され
   た前記アークの近辺の映像を、前記狭開先の方向
   が画面の左右方向になるようそれぞれ表示すると
   ともに、処理部により、前記受像機の画面に表示
   された前記狭開先の両内側面と開先底との交線付
   近の明るい領域を含む映像に、所定幅で上下方向
   に長尺の信号枠を所定間隔で重ね、一方の前記信
   号枠の前記画面の水平走査線番号ごとに、該信号
   枠内における該信号枠の幅方向への各点の輝度に
   応じた信号を積分して数値化し、前記走査線番号
   ごとの各輝度数値を演算部に入力し、該演算部に
   より、前記信号枠の幅方向の中心線と前記両交線
   との交点に対応する前記走査線番号を、該交点の
   前記画面上の位置として算出し、前記演算部によ
   り、前記と同様にして他方の前記信号枠の幅方向
   の中心線と前記両交線との交点の前記画面上の位
   置を算出し、前記各交点の前記画面上の位置に基
   づき、前記処理部により、前記画面上の前記両交
   線の中間線を導出し、前記中間線が、前記画面の
   上下の中心線に一致し、かつ前記画面の左右方向
   に平行になるように、制御部により、前記トーチ
   を、前記狭開先の幅方向に移動し、かつ前記トー
   チの中心軸のまわりに回転することを特徴とする
   溶接線倣い制御方法。