JPS6332546B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、テレビジヨンカメラによる溶接ア
ーク部の映像信号を処理することにより、溶接ワ
イヤの突出し寸法を検出し、該検出値により溶接
状態を制御するようにした溶接状態検出方法に関
する。

〔従来の技術〕

一般に、消耗電極式自動溶接は、溶接アーク長
とそのアーク状態との関係が深いため、高品質の
溶接を行なうに際し、アーク長の制御を行なうこ
とが望ましいとされているが、実際にはアーク長
を直接検出して制御することは難しく、通常はア
ーク状態に対する他の要素、たとえば溶接電圧、
溶接電流に関して制御または操作を行なつてい
る。

また、消耗電極式自動溶接機により多層盛溶接
を行なう場合、溶接の進行に伴つて溶接層が増
し、開先底が上昇するため、給電チツプと母材間
の距離（以下エクステンシヨンという）が小さく
なり、良好な溶接を行なうためには給電チツプを
上昇させてエクステンシヨンを一定に保つ必要が
あり、とくに厚板に対する狭開先溶接の場合に
は、給電チツプの上下動操作が重要となり、たと
えばエクステンシヨンが過度に小さくなると、溶
接アークは給電チツプから発生し、給電チツプが
母材に溶け込む結果、溶接割れ等の溶接欠陥が発
生し、この修復に多大の労力と時間を要するとい
う不都合が生じる。

そこで、従来、この給電チツプの上下移動によ
るエクステンシヨン制御に対し、溶接電流、電圧
に基く制御が行なわれており、これは溶接電流と
エクステンシヨンの大きさとの間に、定電圧電源
を用いる場合、第８図に示すような関係があるこ
とを利用して給電チツプの上下動操作による溶接
電流値制御を行なうことにより、エクステンシヨ
ンを一定値に制御しようとするものである。

ところが、溶接電流値、溶接電圧値は、エクス
テンシヨンの大きさのみに依存するものではな
く、溶接ワイヤ供給速度、開先形状、母材温度等
に依存して変化するため、溶接中でのこれら溶接
条件の変化の影響が無視できない場合には、溶接
電流、電圧による制御では、過大または過小なエ
クステンシヨンとなる場合があり、溶接条件に依
存しない検出法が必要とされ、従来、テレビジヨ
ンカメラによる溶接アーク部の画像を処理してエ
クステンシヨンの検出を行なうことが考えられて
いる。

すなわち、たとえば特公昭59−16871号公報に
記載のように、水平走査線の方向が開先線に平行
になるように消耗電極式自動溶接機の溶接トーチ
軸に取付けられたテレビジヨンカメラにより、溶
接線に沿つて開先の斜め上部方向から開先内の溶
接アーク部を監視するとともに、高輝度アーク部
の形状のみを抽出するための閾値にもとづいて前
記カメラの各水平走査線の映像信号をそれぞれ２
値化し、各水平走査線の水平同期信号から前記２
値化の立上りまでの時間を求めるとともに、水平
走査線順の各水平走査線の前記立上りまでの時間
の時系列信号から前記立上りまでの時間がピーク
値になる水平走査線を検出して溶接ワイヤの中心
位置に対応した水平走査線を求め、該走査線また
はその近傍の水平走査線の映像信号を処理してエ
クステンシヨンの検出を行なうものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記公報に記載の方法では、アークが
常に強い状態つまり連続アーク溶接の場合を想定
したものであり、高電流と低電流の交互の切り換
えによるパルスアーク溶接のように溶接アークの
明るさが顕著に変化する場合には適用できないと
いう問題点がある。

ところで、前述のように、定電圧電源を用いた
場合、エクステンシヨンの変化に対して溶接アー
ク長はほぼ一定であり、給電チツプからのワイヤ
突出し寸法がエクステンシヨンに応じて変化し、
さらに、溶接ワイヤの溶融速度はワイヤ突出し寸
法に依存し、しかも、このワイヤ溶融速度が溶接
条件の重要な要因であるため、消耗電極式自動溶
接により多層溶接する場合、エクステンシヨンよ
りもワイヤ突出し寸法を検出し、その大きさが一
定となるように給電チツプを上下動制御すること
が望ましい。

そこで、この発明は、溶接ワイヤの突出し寸法
を検出して溶接状態を制御するようにし、パルス
アーク溶接の場合でも適用できるようにすること
を技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、前記の点に留意してなされたもの
であり、消耗電極式自動溶接機の溶接トーチに取
り付けたテレビジヨンカメラにより溶接アーク部
を溶接線の斜め上方から監視し、前記カメラの映
像信号を２値化して溶接ワイヤの先端に相当する
凹部を有する高輝度アーク部の画像のみを抽出
し、抽出した前記画像の膨張、収縮処理により前
記凹部のない画像を形成し、前記凹部のない画像
と前記凹部を有する画像との差にもとづき前記凹
部の画像を形成し、形成した前記凹部の画像より
前記ワイヤの先端位置を導出して溶接ワイヤの突
出し寸法を検出することを特徴とする溶接状態検
出方法である。

〔作用〕

したがつて、この発明では、テレビジヨンカメ
ラからの映像信号が２値化されて溶接ワイヤの先
端に相当する凹部を有する高輝度アーク部の画像
のみが抽出され、抽出された前記画像の膨張、収
縮処理により前記凹部のない画像が形成され、形
成された前記凹部のない画像と前記凹部を有する
画像との差にもとづいて前記凹部すなわち溶接ワ
イヤの先端の画像が形成され、形成された前記凹
部の画像から溶接ワイヤの先端位置が導出されて
溶接ワイヤの突出し寸法が検出され、検出された
溶接ワイヤ突出し寸法にもとづき溶接状態の制御
が行なわれる。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した第
１図ないし第７図とともに詳細に説明する。

まず、概略構成を示した第１図において、１は
溶接母材、２はＩ型狭開先、３は消耗電極式自動
溶接機の溶接トーチ、４は給電チツプ、５は溶接
ワイヤ、６はアーク部、７は水平走査線が開先２
に直交するよう溶接トーチ３に取付けられたテレ
ビジヨンカメラ（以下TVカメラという）であ
り、遮光フイルタ、レンズ系からなる光学系を有
しており、溶接アーク部を斜め上方より監視して
いる。８はコンピユータからなる検出装置、９は
モニタ用テレビジヨン受像機である。

そして、第２図に示すように、TVカメラ７が
θの伏角で溶接アーク部を監視し、第３図に示す
ようなモニタ画像が得られたとすると、該モニタ
画像における見かけの溶接アーク長L₁、すなわ
ち溶接ワイヤ５の中心端からアーク部６の境界ま
での距離、および見かけの溶接ワイヤ突出し寸法
L₂、すなわち給電チツプ４の下端から溶接ワイ
ヤ５の中心端までの距離は、それぞれ第２図に示
す真の溶接アーク長l₁、および真の溶接ワイヤ突
出し寸法l₂に対応し、 l₁＝L₁cos／cos（θ−） …… l₂＝L₂cosθ …… の関係がある。ここで、は第２図に示すよう
に、アーク部６の垂直断面での拡がり角度を示
す。したがつて、第３図のモニタ画像からL₁お
よびL₂を求めることにより、l₁およびl₂を容易に
求めることができる。

なお、第２図および第３図において、１０およ
び１１はそれぞれアーク部６の高輝度アーク部お
よび低輝度アーク部である。

つぎに、TVカメラ７により得られたモニタ画
像を用いて、見かけの溶接ワイヤ突出し寸法L₂
を検出する手順について説明する。

まず、検出装置８により第３図に示すモニタ画
像に対するTVカメラ７からの映像信号を基準信
号と比較して２値化し、第４図に示すように、ワ
イヤ５の先端に相当する凹部１２を有する高輝度
アーク部１０の画像のみを抽出する。

このとき、第４図に示すように、モニタ画像の
横方向をＭ個、縦方向をＮ個に分割し、分割して
得られる各画素の輝度内容をＤ（ｍ、ｎ）と表わ
し（ただしｍ＝１、…、Ｍ、ｎ＝１、…、Ｎ）、
Ｄ＝１のとき明、Ｄ＝０のとき暗を示すものと
し、これら各画素のデータ内容を、同期信号とく
にパルスアーク溶接の場合には高電流アークの発
生に同期して検出装置８に内蔵の画像メモリに記
憶させる。ただし、１個の画素よりも凹部１２が
小さくならないようにＭ、Ｎが設定されているも
のとする。

つぎに、検出装置８により、第４図に示す高輝
度アーク部１０の原画像１０′の各画素およびそ
の周囲の８画素の合計９画素のデータにつき、_n+1 〓^m-1 _o+1 〓^n-1 Ｄ(m、n)１ならばＤ(m、n)＝１ の処理、すなわち画像の膨張処理を行ない、第５
図に示すように、高輝度アーク部１０の原画像１
０′の凹部１２がなくなるまでＫ回前記膨張処理
を繰り返し、第５図中の実線に示すような膨張画
像１３を作成する。

さらに、検出装置８により、前記膨張画像１３
の作成後、第５図に示す膨張画像１３の各画素お
よびその周囲の８画素の合計９画素のデータにつ
き、_n+1 〓^m-1 _o+1 〓^n-1 Ｄ(m、n)＝９ならばＤ(m、n)＝１ の処理、すなわち画像の収縮処理をＫ回繰り返
し、第６図中に実線に示すように、高輝度アーク
部１０の膨張画像１３から原画像１０′と同じ大
きさで、かつ凹部１２のない収縮画像１４を作成
し、収縮後のモニタ画像の各画素データを
D′（ｍ、ｎ）とすると、該各画像データD′（ｍ、
ｎ）と膨張、収縮前のモニタ画像の各画素データ
Ｄ（ｍ、ｎ）との差、すなわち D″（ｍ、ｎ）＝D′（ｍ、ｎ）−Ｄ（ｍ、ｎ） を検出装置８により導出し、第７図に示すよう
に、第６図の収縮画像１４から第４図の高輝度ア
ーク部１０の原画像１０′を除去した残りの凹部
１２の画像を形成する。

そして、第７図のような凹部１２の画像からな
るモニタ画像の各画素データD″（ｍ、ｎ）につ
き、検出手段８により、ｍ（＝１、…、Ｍ）ごと
にｎをＮから順次減少させたときの画素データ
D″の内容を調べ、D″＝１となるときの最も大き
なｎの値n₀を求め、該n₀と、第３図に示すワイヤ
５の先端部付近のモニタ画像から求めたチツプ４
の下端に相当する画面のｎの値n₁との差（n₀−
n₁）を導出すれば、この（n₀−n₁）が前記した見
かけの溶接ワイヤ突出し寸法L₂に相当すること
になり、このようにして導出した見かけの溶接ワ
イヤ突出し寸法L₂を前記式に代入することに
より真の溶接ワイヤ突出し寸法l₂が得られる。

したがつて、前記したようにしてモニタ画像か
ら得られる真の溶接ワイヤ突出し寸法l₂が常に一
定になるようにチツプ４の上下動制御を高精度に
行なうことができ、エクステンシヨンを一定に保
ち、高品質の溶接を行なうことが可能となる。

また、第７図の凹部１２の画像からなるモニタ
画像にもとづき、画面上の縦方向におけるワイヤ
５の最下端の位置n₀を求める場合に、各画素デー
タD″が１となるときの最も大きなn₀と同時に、
そのときのｍの値を求めれば、ワイヤ５の最下端
の画面上の２次元位置がわかり、ワイヤ５の先の
ねらい位置制御を行なう場合に非常に有利であ
る。

なお、前記実施例では、Ｉ型の狭開先を対象と
したが、他の開先形状であつても、この発明を同
様に実施することができるのは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の溶接状態検出方法に
よると、高輝度アーク部の画像の膨張、収縮処理
を行ない、溶接ワイヤの突出し寸法を検出するた
め、従来のように溶接中の溶接電流、電圧等の溶
接条件の変化に関係なく、エクステンシヨンを常
に一定に制御することができるとともに、パルス
アーク溶接のように溶接アークの明るさが変化す
る場合にも適用して溶接ワイヤ５の突出し寸法を
検出でき、高品質の溶接を行なうことができる。

また、溶接ワイヤ５の先端の高輝度アーク部１
０のモニタ画像の膨張、収縮処理により、ワイヤ
５の先端のモニタ画面上での２次元位置を容易に
求めることができ、ワイヤ５の先端のねらい位置
制御をより容易にかつ高精度に行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図はこの発明の溶接状態検出
方法の１実施例を示し、第１図は概略構成図、第
２図は一部の側面図、第３図は溶接アーク部のモ
ニタ画像、第４図は抽出した高輝度アーク部のモ
ニタ画像、第５図および第６図はそれぞれ膨張処
理後および収縮処理後の高輝度アーク部のモニタ
画像、第７図は形成した溶接ワイヤ先端のモニタ
画像、第８図は消耗電極式自動溶接における給電
チツプ、母材間距離（エクステンシヨン）と溶接
電流との関係図である。 ３……溶接トーチ、５……溶接ワイヤ、６……
溶接アーク部、７……テレビジヨンカメラ、１０
……高輝度アーク部、１２……凹部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 消耗電極式自動溶接機の溶接トーチに取り付
   けたテレビジヨンカメラにより溶接アーク部を溶
   接線の斜め上方から監視し、前記カメラの映像信
   号を２値化して溶接ワイヤの先端に相当する凹部
   を有する高輝度アーク部の画像のみを抽出し、抽
   出した前記画像の膨張、収縮処理により前記凹部
   のない画像を形成し、前記凹部のない画像と前記
   凹部を有する画像との差にもとづき前記凹部の画
   像を形成し、形成した前記凹部の画像より前記ワ
   イヤの先端位置を導出して溶接ワイヤの突出し寸
   法を検出することを特徴とする溶接状態検出方
   法。