JPS63256271A - 開先検出装置 - 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］ この発明は、開先線位置などの開先形状を検出する開先
検出装置にかかるものであり、特に、開先ならいや溶接
条件制御などを自動的に行う全自動溶接ロボットなどに
好適な開先検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の開先検出装置としては、例えば第７図に示すもの
がある。この例は、特開昭６１−１５４７７１号公報に
開示されているものである。

第７図において、被溶接材１００の開先面１０２のうち
、溶接トーチ１０４の進行方向前方は、光学系１０６に
よって線状に照明されるようになっている。

また、溶接トーチ１０４の前方には、ＣＣＤなどで構成
された二次元位置検出器ｔＯａが配置されている。この
位置検出器１０８の光入射側には、干渉フィルタ１１０
、減光フィルタ１１２が各々配置されている。

位置検出器１０８の光軸は、開先面１０２上のアーク点
Ｐと、光学系１０６から出力された照明光の開先面１０
２上での反射面とのちゆうこう部分に向けられている。

すなわち、アーク光と、照明反射光とが各々位置検出器
ｔＯａに入射するようになっている。

次に、以上のような従来装置の作用について説明する。

まず、アーク点Ｐからのアーク光は、減光フィルタ１１
２、干渉フィルタ１１０を各々介して位置検出器１０８
に入射する。また、光学系１０６の照明光の開先面１０
２からの反射光は、干渉フィルタ１１０を介して位置検
出器１０８に入射する。

すなわち、位置検出器１０８では、アーク画像と、開先
面画像とが各々観察されることとなる。

これらのうち、まず開先面画像の観察によって、溶接線
の検出が行われる。また、アーク画像の観察によフて、
溶接中のワイヤの曲り具合や突出量が検出される。

これらの情報に基いて、溶接条件の制御や溶接トーチの
溶接線倣い制御が行われる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、以上のような従来の開先検出装置におい
ては、照明用の光源を必要とするため、装置構成や調整
が複雑になるという不都合がある。

また、かかる照明用光源から出力された照明光に、溶接
によるアーク光が混在するおそれがあり、結果的に照明
が不均一となって、開先検出を良好に行うことができな
いという不都合もある。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、特
別な照明用光源を必要とすることなく、アーク光による
悪影響を良好に防止して精度の高い開先検出を行うこと
ができる開先検出装置を提供することをその目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明にかかる開先検出装置は、開先の画像を、溶接
アークを照明光として撮像する撮像手段と；これによっ
て撮像された開先画像の各画素の情報を各々格納する二
次元記憶手段と；これらの各画素情報に対して積分処理
を行う積分手段と；積分された画素情報に対して微分処
理を行う微分手段と；微分された画素情報から、開先の
形状に関する情報を得る検出手段とを備えたことを特徴
とするものである。

［作用］ この発明によれば、開先画像を得るための照明光として
アーク光が利用され、格別の照明手段は使用されない。

しかし、アーク光は不安定であるため、撮像された開先
画像の画素情報に対して、積分処理の後に微分処理が行
われ、これを利用して開先の形状に関する情報が求めら
れる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。

Ｘ３」（化１蔗 第１図には、この発明かかる開先検出装置の一実施例の
全体構成が示されている。また、第２図には、概略の側
面が示されている。

これらの図において、矢印ＦＡで示されている溶接トー
チ１０の進行方向には、ＣＯＤカメラなどの二次元撮像
装置１２が配置されている。この撮像装置１２の光入射
側には、減光フィルタなどのフィルタ１４が、必要に応
じて設けられるようになっている。

この撮像装置１２は、溶接トーチ１０直下の溶融池前方
の距ＭＬの位置、例えば１０〜３０ｍｍの位置の被溶接
母材１６の開先１８ないし開先面２０を撮像できるよう
にその配置が設定されている。

また、撮像が行われる場合の照明光はアーク光であり、
格別の照明手段は設けられていない。

次に、上述した溶接トーチ１０と撮像装置１２との間に
は、撮像装置１２の撮像領域の方向に向って開口するエ
アーノズル２２が設けられており、これによるエアーの
吹き付けによって溶接時に発生するヒユームなどを除去
することにより、良好な撮像が行われるようになってい
る。

次に、上述した撮像装置１２の撮像出力である画像信号
は、信号処理装置２４に入力されるようになっている。

この信号処理装置２４には、マイクロコンピユータ２６
、メモリ２８が各々含まれており、これらの動作によフ
て開先形状に関する情報、例えば開先位置の情報が得ら
れるようになっている。

次に、信号処理装置２４の処理結果は、溶接制御装置３
０に人力されるように接続されている。

この溶接制御装置３０は、入力された開先形状に関する
情報を利用して、溶接トーチ１０における溶接条件、開
先線倣いなどを制御するものである。

次に、上述した信号処理装置２４０作用作用ブロック構
成いて説明する。第３図には、かかる作用ブロックの一
構成例が示されている。

この図において、撮像装置１２からの画像信号は、制御
部３２に入力されるようになっている。

この制御部３２は、メモリ２８と、演算処理部３４に各
々接続されている。この演算処理部３４は、積分手段３
６、微分手段３８、検出手段４０、演算手段４２を各々
有している。また、検出手段３８には、リミッタ４４が
設けられている。

以上の各構成部分のうち、制御部３２は、入力される画
像信号をＡ／Ｄ変換してメモリ２８に格納したり、メモ
リ２８から所定領域のデータを読み出して遅延出力する
等の機能を有する。

次に、メモリ２８は二次元構成となっており、座標値Ｘ
、Ｙを指定することによって、任意の画素の輝度ないし
光量の大きさを調べることができるようになっている。

次に、積分手段３６は、メモリ２８の所定方向に並んで
いる画素の輝度を合計することにより、積分を行うもの
である。このような画素に対する積分を行う理由は、画
像の輪郭を協調してノイズの影響を低減するためである
。

次に、微分手段３８は、積分された画像信号を微分して
、画像の輪郭を抽出するためのものである。

また、検出手段４０および演算手段４２は、微分された
画像信号から開先１８に対する形状情報をえるためのも
のである。

リミッタ４４は、誤検出による大幅な検出位置変動を抑
制するためのものである。

更に、溶接制御装置３０に対する開先情報の出力は、第
２図に示した距１１１１１Ｌに対応する時間分だけ遅延
されて、制御部３２から溶接制御装置３０に出力される
ようになっている。

以上のように構成された装置の動作の概要を説明すると
、撮像装置１２によって得られた二次元画像は、信号処
理装置２４に入力され、ここで特定の領域について所定
の画像処理が行われる。この処理により、溶接線位置な
いし開先中心、ルートギャップ幅などの検出が行われる
。

この実施例では、アーク光を照明光として用いるため、
撮像装置１２の被写体である開先１８の照度が一定せず
、時々刻々変化する。このため、画像信号の二値化によ
る処理は行われず、積分、微分などの処理が行われる。

次に、これらの処理によって得られた開先情報は、第２
図に示した距Ｉ！ｔＬに対応する遅延の後、溶接制御装
置３０に入力される。溶接制御装置３０では、入力され
た情報に基いて、溶接電流、アーク電圧、溶着量、溶接
速度などの溶接制御が行われる。

大！　（９１Ｏコと里 次に、上記実施例の全体的作用について、第４図ないし
第６図を参照しながら詳細に説明する。なお、第４図に
は動作の流れがフローチャートとして示されており、第
５図には動作の内容がタイムチャートとして示されてお
り、第６図には積分および微分の動作の内容が示されて
いる。

まず、撮像装置１２の視野内に開先１８が入るように、
初期設定が行われる（第４図ステップＳＡ参照）、これ
により撮像装置１８では、第５図（Ｂ）に示す被溶接母
材１６の開先１８に対し、同図（Ａ）に示すような画像
゛が得られるようになる。

すなわち、撮像装置１２によりて撮像された開先１８の
画像信号は、制御部３２によってＡ／Ｄ変換され、更に
メモリ２８に格納される（ステップＳＢ参照）。

次に、制御部３２では、かかる画像に対して、第５図（
Ａ）の一点鎖線で示すような微小領域のみが処理領域と
して設定ないし限定され、これらの領域内の画素データ
がメモリ２８から読み出されて、以後の信号処理が行わ
れる。

まず、ステップＳＣに示すように、かかる画素の輝度に
対して、積分手段３６により位置積分が行われる。第５
図（Ｃ）には、適宜のＸ座標値における各画素の輝度デ
ータが示されている。この図に示すように、輝度は開口
面２０で高く、その他の部分では低い。しかし、光学ノ
イズの影響により、ルートギヤツブ端ＧＡ、ＧＢ、ショ
ルダＫＡ、ＫＢの位置を良好に検出することは困難であ
る。

そこで、第６図に示すような積分が行われる。

第６図において、（Ａ）は、ショルダＫＡの部分に該当
する各画素の輝度データの一例が示されている。積分は
、同−Ｙ座標のものを、Ｘ方向に加算することによって
行われる。例えば、画素Ｑ１の積分値は、画素Ｑ＋＋〜
ＱＣｓの輝度を合計したものとなる。他の画素Ｑ２、Ｑ
３、Ｑ４・・・・・・についても同様である。

以上のようなＸ方向の位置積分が、第５図（Ａ）の一点
鎖線で示されている指定領域について行われ、同図（Ｄ
）に示すような輝度の積分データが得られる。これによ
って、Ｘ方向に対する画像の輪郭を協調でき、光学ノイ
ズのレベルを相対的に抑制することができる。

次に、以上のような積分データに対して、微分手段３８
により微分が行われる（ステップＳＤ参照）。この微分
は、微分値を求める画素の左右二つ目に各々位置する画
素間の輝度差を求めることによって行われる（第６図（
Ｂ）参照）。

第５図（Ｅ）には、以上のようにして求められた微分デ
ータが示されており、ルートギャップＧＡ、ＧＢ、ショ
ルダＫＡ、ＫＢに対応するピークが鮮明に現れている。

次に、以上のようにして求められた微分輝度データに対
して、検出手段４０によるルートギャップＧＡ、ＧＢ、
ショルダＫＡ、ＫＢの位置検出、ルートギャップ幅の計
測が行われる（ステップＳＥ参照）。

すなわち、第５図（＾）に示す指定領域内で同図（Ｅ）
の微分値が最大の画素の位置が求められ、ルートギャッ
プＧＡ、ＧＢ、ショルダＫＡ、ＫＢの位置として検出さ
れる。

このとき、ノイズの影響によって微分値の最大画素がル
ートギャップＧＡ、ＧＢ、ショルダＫＡ、ＫＢの位置と
一致せず、検出位置の大幅な変動を生ずることがないよ
うに、リミッタ４４によっって検出位置に所定範囲の限
界を設け、その設定値以上の位置変動が吸収される。

そして、以上のようにして求められたルートギャップＧ
Ａ、ＧＢの位置から、ルートギャップ幅が計測される。

次に、所定の換算式を用いて、前記計測されたギャップ
幅から、溶接電流指令値と溶接速度が、演算手段４２に
よって行われる（ステップＳＦ参照）。そして、かかる
溶接データは、一度メモリ２８に格納され、所定の遅延
の後、制御部３２から溶接制御装置３０に出力される（
ステップＳＧ参照）。

この遅延出力により、撮像位置と溶接位置との間に存在
するしの位置差による時差が解消され、溶接トーチ１０
の直下のギャップ幅に対応した電流指令や速度指令が行
われることとなり、これに基いて溶接制御装置３０によ
り溶接トーチ１０の制御が行われる。

以上の動作が繰り返し行われ、すべての溶接が終了する
と、装置の動作も終了する（ステップＳＨ参照）。

え直亘Ω皇」 以上説明したように、この実施例によれば、以下のよう
な効果がある。

（１）　ｔｆｆｉ像画像の所定領域のみを限定して処理
することとしたので、処理の高速化、安定化を図ること
ができる。

（２）開先部分の照明光として、溶接アークを利用して
いるものの、積分および微分による信号処理を行ってい
るため、ノイズの影響が良好に低減されて、精度良くル
ートギャップやショルダの位置検出を行うことができる
。

（３）ルートギャップやショルダの位置検出を、所定範
囲内で行うこととし、その値を制限することとしている
ので、大幅な検出誤差が生じない。

（４）撮像位置と溶接位置との差を考慮して≠−タ出力
が行われるので、溶接条件がギャップ幅に良好に対応す
ることとなる。

なお、この発明は何ら上記実施例に限定されるものでは
なく、例えば、上記実施例では、積分処理として、同一
時間において隣接する画素の輝度を積分する位置積分を
行っているが、同一画素を時間的に積分する時間積分を
行うようにしてもよい。

また、上述した信号処理は、コンピュータを利用してソ
フト的に行うことができるが、専用の回路を構成するこ
とによってハード的に行うようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、特別な照明用
光源を必要とすることなく、アーク光による悪影響を良
好に防止して精度の高い開先検出を行うことかできると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す構成図、第２図は
第１図の装置の側面を示す説明図、第３図は信号処理部
分の作用ブロックを示す説明図、第４図は上記実施例の
動作を示すフローチャート、第５図は上記実施例の動作
を示すタイムチャート、第６図は上記実施例の積分およ
び微分動作を示す説明図、第７図は従来の装置例を示す
斜視図である。 １０・・・溶接トーチ、１２・・・撮像装置、１６・・
・母材、１８・・・開先、２０・・・開先面、２４・・
・信号処理装置、２６・・・マイクロコンピュータ、２
８・・・メモリ、３０・・・溶接制御装置、３２・・・
制御部、３６・・・積分手段、３８・・・微分手段、４
０・・・検出手段、４２・・・演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶接アークを所定の状態に保持する溶接条件を設定する
   ために必要な開先に関する情報を、該開先の画像から求
   める開先検出装置において、前記開先の画像を、前記溶
   接アークを照明光として撮像する撮像手段と、 これによって撮像された開先画像の各画素の情報を各々
   格納する二次元記憶手段と、 これらの各画素情報に対して、積分処理を行う積分手段
   と、 積分された画素情報に対して、微分処理を行う微分手段
   と、 微分された画素情報から、開先の形状に関する情報を得
   る検出手段とを備えたことを特徴とする開先検出装置。