JPS6320179A - 溶接開先位置検出方法 - 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、アーク溶接、特に重ね継手溶接、隅肉継手溶
接及び突合わせ継手溶接において、溶接アーク光を直視
し、その形状を判別することにより溶接開先位置を検出
する方法に関する。

〔従来の技術〕

アーク溶接では、溶融池、通電チップ、ワイヤ、溶接開
先等を含む溶接部分を工業用テレビカメラ（ＩＴＶ）で
撮像し、これによって得た画像を解析することにより、
溶接位置、溶接条件等を制御する方法が古くから知られ
ている。

ところが、アーク光は、周囲（例えば溶融池）の明るさ
に比べて強烈であり、しかも赤外線及び紫外線を多量に
含んでいるため、溶接部分を検出することには困難な問
題点が多い。

そこで、従来は、次のような解決策を講していた。

すなわち、その一つは、撮像装置又は光学フィルタに工
夫を加える方法である。例えば、特開昭５１−７２９３
８号公報では、赤外線、熱線、色、光量を制限する各フ
ィルタを設けるとともに、テレビカメラにシリコンビジ
コン撮像管を使用して、溶接部からの輻射線を可視光領
域及び近赤外線領域でのみ通過させるようにしている。

また、特開昭５９−２１２１７２号公報では、赤外線の
みを通すフィルタを介して赤外線テレビカメラで撮像し
ている。更に、特開昭５８−１５９９８０号公報では、
撮像装置としてＣＣＤ　（固体イメージセンサ）を用い
ることにより、フィルタを不要にしている。

アーク光による影響を解決する他の方法は、工業用テレ
ビカメラに高速シャッタを設ける方法である。例えば、
特開昭５８−７７７６号公報では、アークの短絡時にア
ークが消滅する機会を捉えて、短絡時のみシャッタを開
けるようにしている。また、特開昭５９−２０２１７８
号公報では、パルス溶接において、ヘース電流時期のア
ーク光が減衰したときだけシャッタを開けるようにして
いる。

更に、溶接部をアーク光と区別して撮像する方法として
は、撮像のための光源を設ける方法がある。例えば、特
開昭５５−４２１８５号公報では、アーク光等の外乱光
のスペクトル分布と異なる光源を設け、外乱光の光量が
前記光源の光量に比較して小さくなる波長帯を検出波長
としている。また、特開昭５９−１９１５７４号公報で
は、溶接トーチの走行方向前方に光を投射して、溶接開
先の像を陰影で区画した輪郭で表すための光源を設けて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べた各種の従来例において共通していることは、
撮像したい目的物は溶融池等の溶接部分であり、アーク
光はそれを邪魔する外乱光であるので、撮像したい映像
とアーク光との分離、除去を行おうとするものであると
言える。

しかしながら、アーク光の強度は強烈であり、しかもそ
の波長もほぼ全域にわたるものであるから、完全な除去
は困難で、装置も蝮雑且つ高価とならざるを得ない。

一方、狭開先溶接の場合には、アーク光自体を監視する
例もある。例えば、特開昭５５−４５５５４号公報では
、アーク光の輝度分布を求め、ン容接心線の開先内での
回転中心を求めている。また、特開昭５８−１８７２６
８号公報では、トーチ先端に光検出器を設け、この検出
器出力を比較することより、トーチを移動制御している
。

ところが、以上の例は、狭開先溶接の場合に限られるも
のであり、本発明が適用しようとする重ね継手溶接、隅
肉継手溶接、突合せ継手溶接には適用できない。

本発明は、以上の諸問題を解決し、特殊な装置を付加せ
ず、アーク自体を観察することにより、アーク溶接の溶
接開先位置を検出することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段〕 この目的を達成するため、本発明の溶接開先位置検出方
法は、溶接開先位置を検出しながら該溶接開先位置に沿
うアーク溶接を行うに際し、被溶接部材の継手部分の上
方からアーク光の形状を撮像装置によって撮像し、この
撮像されたアーク光形状を２値化し、当該アーク光形状
の輪郭部の特異点を解析することにより溶接開先位置を
検出することを特徴とする。

本発明者らは、先ず、重ね継手溶接の場合に、溶接継手
部分の上方にテレビカメラを設置して溶接状況を撮像す
るという単純な実験を繰り返し行ったところ、強烈なア
ーク光のため、テレビ画像では、そのアーク光の輪郭し
か識別できなかった。

ところが、溶接線には継手の段差があるため、ビードに
よって埋められていないトーチ前方の溶接線では、アー
ク自体にも段差が生じ、それがアーク光撮像形状の輪郭
の一部に特徴ある形状を呈することを見出した。

さらに、本発明者らは、この現象が、隅肉継手溶接、突
合せ継手溶接の場合も生じることを確認した。

本発明は、以上の知見に基づくもので、従来は外乱光と
して除去すべきものと考えられていたアーク光自体に注
目し、継手部分において、そのアーク光を上方から見た
形状を撮像し、その形状を解析して溶接開先位置を求め
るものである。

〔作用〕

第３図は、重ね継手溶接の例であり、１はトーチ、２は
ワイヤ、３は撮像装置、４及び５は被溶接部材、６はア
ーク光である。

なお、トーチ１は、アークを飛ばしながら進行方向（図
面の奥へ向かう方向）に移動しているものとする。

このとき、撮像装置３で撮像された映像を、アーク部が
１白」、その他が「黒（斜線部）」となるように２値化
したものが第４図である。

比較のため、突合せ継手溶接であって、隙間なく突合せ
た場合を第５図、それを同様に撮像して２値化したもの
を第６図に示す。

すなわち、第４図と第６図を比べると、第４図の突起部
（Ａ点）と凹部（Ｂ点）が特徴となっていることがわか
る。

すなわち、進行方向側（第４図の上半分）の被溶接部材
は、当然まだ溶接されていないから段差があるのに対し
、既に溶接が終わった部分（第４図の下半分）は、段差
がビートで埋まっている。

つまり、進行方向側にある段差によって突起部（Ａ点）
と凹部（Ｂ点）が生じているのである。

ただし、進行していない状態でも、瞬間的にはＡ点、Ｂ
点とも検出されるが、ビードによって埋まるため、すぐ
検出されなくなる。したがって、Ａ点又はＢ点の位置は
、溶接線に対し、ある特定の関係を有しているため、こ
れらの点を認識できれば、溶接線（溶接開先位置）を検
出できることになる。

なお、第４図と第６図の右側の大きな湾曲状部Ｃは、ワ
イヤー２の影により生じているものである。

また、第７図には隅肉継手溶接のアーク光を、第８図に
はＩ型突合わせ継手溶接のアーク光を、そして第９図に
は■型突合わせ継手溶接のアーク光を、それぞれ第４図
と同様に示す。

Ｉ型突合わせ継手溶接のアーク光は、裏当がある場合は
第８図のようにアーク先端が伸びるが、裏当が無い場合
はアークは継手の隙間より非溶接部材の裏に回り込もう
とするため、第８図とは逆に、アーク先端が凹形状とな
る。この形状を第１０回に示す。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的実施例を説明する。第２図は本発
明を実施するための構成例である。第２図において、２
１はロボット、２２はロボット制御装置、２３は検出制
御装置、２４はＣＲＴ表示装置であ＝７− る。

トーチ１及び撮像装置３はロボット２１の手首部に取付
けられており、トーチ１の動きにつれて撮像装置の視点
も追従し、常に溶接部を相対的に同じ位置から撮像する
ようになっている。

これは、画像処理を容易にするためである。

撮像装置３は、ＣＣＤカメラ等から構成され、それで撮
像された画像は、検出制御装置２３へ送られて、ロボッ
ト制御装置２２の開始指令により画像処理されるととも
に、ＣＲ７表示装置２４にも送られて表示される。

検出制御装置２３は、ロボット制御装置２２の溶接開始
指令により、溶接開先位置を求める処理を実行し、もし
トーチ１がそれにより求まった位置から外れているよう
であれば、ロボット制御装置２２に対し修正指令を発し
、トーチ位置を修正させる。

ロボット制御装置２２が溶接終了指令を発すると、検出
制御装置２３は溶接開先位置を求める処理を終了する。

以上が、本発明を実施するための概略構成の一＝８− 例である。

次に、第３図に示す隅肉継手溶接の場合を例にとり、具
体的に溶接開先位置を求める方法を説明する。第１図は
、その処理のフローチャー１・である。

予め、検出制御装置２３は、まず溶接線を検出する（第
１図１０１）。これは、撮像装置３で撮像した画像から
、検出される。第１図（ａｌは、その画像であり、溶接
線３Ｌワイヤ３２、ワイヤーの影３３及びトーチ３４が
映っている。溶接線３１は、２つの被溶接部材が接触す
る線のことである。

次に、溶接線の画面上（画面に設定された座標上）の位
置を記憶する（第１図１０２）。

また、溶接線を基準とするウィンドウ（画像処理すべき
画像の領域）を設定する（第１図１０３）。

このウィンドウは、第１図山）に示すように、溶接線を
Ｙ軸とし、特異な形状を呈する個所が含まれるように設
定する。

以上が、予め行われておくべき処理である。

さて、ロボット制御装置２２が溶接開始指令を発すると
、検出制御装置２３は画像データを取り込む（第１図１
０４）。

次に、撮像画像をビデオＲＡＭ上にラッチして、アーク
光部を白、その他を黒とする２値化を行う（第１図１０
５．第１図（Ｃ））。

次に、第１図１０４に示すように、ウィンドウに対し、
左上から水平にスキャンニングを行い、２値化レヘルの
変化を検出する（第１図１０６）。この最初の２値化レ
ベルの最初の変化点Ａが、溶接開先位置又はそれを算定
する基準となる点である（第１図１０７）。

このＡ点は、溶接線に対して所定のオフセットを保ち、
溶接線の移動とともに移動するため、このＡ点を検出す
ることにより、溶接開先位置を検出することができる（
第１図１０８．第１図（ｅ））。

そのため、画面上に予め記憶されている溶接線とアーク
の特異点であるＡ点より得られた溶接開先位置を比較し
く第１図１０９）、そのＡ点より得られた溶接開先位置
を画面上の記憶された溶接線に一致させるように、ロボ
ットを制御する（第１図１１０）ことにより、ワイヤ先
端を溶接開先位置に追従させることができる。

なお、オフセットは溶接条件、撮像装置とトーチとの角
度によって定まる定数であり、本発明者らの実験結果に
よると、０．６Ｎ程度以内であった。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、アーク光自
体を溶接開先位置を検出する対象とし、アーク光の輪郭
の特異点を解析することにより溶接部分を検出すること
としている。したがって、レーザ等の高価な外部光源を
必要とせず、構成が極めて簡素化される。また、アーク
光はそれ自体が強烈な光源であるので、他の外乱光に影
響されに＜＜、特別なカットオフフィルタ、バンドパス
フィルタ等を要せず、光量を滅しるだめの溶接用フィル
タ等を使用するのみでよい。また、アーク光を外乱光と
みなす方式に用いるパルス溶接のベース電流時や、短絡
アーク状態の短絡時のような同期をとるシャッター等を
必要としない。これにより、溶接機、ワイヤの種類、溶
接条件等の制約を受けない。アーク光の特別な波長を見
るものではないため、テレビカメラの仕様の制約を受け
ず、一般のＣＣＤカメラ（感度が３００〜１１０００ｎ
の可視光領域）を用いることが可能となる。更に、アー
ク光のパターン解析に基づくものであるため、１璽寵以
下の薄板重ね継手溶接での検出も可能となる。

なお、アーク光の直径は約５１■であり、従来はこのよ
うな微小な画像に着目しようとした例は無く、当然この
ような特異な形状を呈していることは全く知られていな
かった。

本発明は、このようにアーク光の撮像画像が溶接線に対
し特定の関係を有する形状を呈することに着目して、溶
接開先位置を求めるという画期的な発明ということがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するフローチャート、第２図は本
発明の実施装置の構成図、第３図は重ね継手溶接の例を
示す説明図、第４図は同溶接におけるアーク光を撮像し
て２値化した状態を示す説明図、第５図は隙間なく突き
合わせたときの継手＝　１２− 溶接の例を示す説明図、第６図はそのときのアーク光の
２値化画像を示す説明図、第７図〜第１０図は各種の継
手溶接におけるアーク光の形状を示す説明図である。 ｌ：トーチ　　　　　２：ワイヤー ３：撮像装置　　　　４，５：被溶接部材６：アーク光

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接開先位置を検出しながら該溶接開先位置に沿う
   アーク溶接を行うに際し、被溶接部材の継手部分の上方
   からアーク光の形状を撮像装置によって撮像し、この撮
   像されたアーク光形状を２値化し、当該アーク光形状の
   輪郭部の特異点を解析することにより溶接開先位置を検
   出することを特徴とする溶接開先位置検出方法。 ２、撮像装置を溶接トーチと一体構造とし、溶接トーチ
   の移動に撮像装置の視点を追従させて撮像することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶接開先位置検出
   方法。