JPS6358104A - 微小間隔測定方法 - 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、長手方向に微小間隔部を有して接する被測定
材間の微小間隔を測定する方法に係り。

特に金属板やプラスチック板等の突き合せ溶接部の幅お
よび溶接線を検出する際に用いるのに好適な突き合せ溶
接される被溶接材の溶接線を検出する溶接線検出方法に
関する。

〈従来の技術〉 長手方向に微小間隔部を有して接する被測定材。

例えば金属板等を突き合せ溶接するような場合には、溶
接品質の安定化や向上を図るために、突き合されて溶接
される部分の幅および）容接線を正確に検出する必要が
ある。

このような溶接線を検出するものとして、従来。

例えば特開昭５９−９７７７３で溶接線倣い方法が提案
さされている。

この溶接線倣い方法は、隅肉、突き合せ溶接において、
溶接トーチと一体としたモニタテレビカメラにバンドパ
スフィルタを設け、溶融池直前の輝度の大小の輝度走査
法により求め１反射光の極小値とアーク中心のずれをサ
ーボ機構により一致させて行う方法である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 この方法においては溶接線の検出を反射光の極小値を求
めることによって行っているため、溶接時に発生するア
ーク光の影響や外乱光により、前記極小値の位置が不安
定となる可能性があった。

また、最近脚光をあびているレーザ溶接等で前記突き合
せ溶接を行う際には、熱源の形状が非常に小さいため、
鋼板突き合せ部の形状を従来の溶接方法に比べて厳しく
管理する必要があり、しかも。

剪断刃の劣化、剪断の高速化等により、前記形状の精度
を確保することが困難となり、高精度の倣い技術が必要
とされている。

従って、レーザ光を用いて鋼板等の被溶接材を突き合せ
て溶接する際には、その溶接線を高精度に検出して倣う
技術が必要となるが、このような溶接線を倣う技術を開
発するに当っては、従来。

以下に示すような課題があった。

（１）被溶接板の板厚や、切断部断面の形状が５板毎に
大きく異なる。

（２）板厚の違う被溶接板を溶接する場合に、高さ方向
のずれが生じ、受光光学系の焦点ずれが生ずる。

（３）被溶接板エツジのダレ等により、エツジ画像が不
鮮明になる。

以上述べた課題から、前記レーザ溶接で前記突き合せ部
の溶接を行う際には、前記溶接線の高精度の測定が要求
され、また、被溶接板の板厚や切断部の両エツジの形状
の変化に影響されずに安定した検出が行える光学系配置
および信号処理系が必要とされる。

〈発明の目的〉 本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであっ
て５高精度の溶接線倣いが可能となるような、被溶接材
の微小間隔部の幅を精度よ（測定する方法を提供するこ
とを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、長手方向に微小間隔部を有して接する被測定
材間の微小間隔を測定するに際し、前記被測定材に、投
光部から放出された平行光束を。

前記微小間隔部の長手方向に対して直角方向にわたって
反射光が生ずるように照射し、前記被測定材の反射光を
生ずる部分において、前記平行光束面に対して受光軸が
直角なるように配設された受像部を用いて前記反則光を
撮像して画像信号を作成し、該作成された画像信号を処
理して前記微小間隔部の幅を測定することにより、前記
目的を達成したものである。

また１本発明の実施態様として、前記受像部は。

受光中心軸と投光軸の交点を、被測定材の平均板厚に相
当する測定材の表面上に結ぶように配設されたものであ
る。

さらに、前記画像信号の処理は９画像信号の強度分布に
応じて２値化処理し、２値化処理後の結果を各走査線毎
に走査線方向に積分処理して得られた新たな信号分布に
基いて、微小間隔部の幅を算出するものとしたものであ
る。

以下１本発明の作用について、第１図乃至第３図に示し
た鋼板等の突き合せ溶接部の幅および溶接線を検出する
場合を例に詳細に説明する。

図において、銅板等の被溶接板５の突き合せ溶接部６の
溶接線を検出する際に、短冊状の光束ＬＢを該溶接線の
長手方向に直角方向に１スリツト状に照射する。前記被
溶接板５上に照射された光束ＬＢが反射して生じた反射
光Ｆ　Ｌは１例えば狭帯域干渉フィルタを通して外乱光
を除去し１例えばＣＣＤカメラ等撮像手段で撮像する。

ここで、これらの投光系と受光系の位置関係については
、第３１Ｄ　（ａ）に示すように、前記投光系の投光軸
と、前記受光系の受光軸の被溶接板上での交点を直角と
なすように、前記投光系と前記受光系を配置する。その
ようにすれば、被溶接板の厚み変化によって生ずる段差
の影響による受光光学系の焦点ずれを防くことが可能で
ある。

このようにして、撮像して得られた画像信号の輝度分布
を、最適なスレショルド・レベル（しきい値）で２値化
処理し、各走査線毎に走査線方向に２値化処理後の“１
”レベルを加算処理する。

加算処理後、新しく得られた信号分布から新たなスレシ
ョルド・レベルを決定し、突き合せ溶接部６の両エツジ
部を検出して、該エツジ位置からギヤツブ幅および溶接
線を算出する。

以上のような検出操作を５被溶接板５の突き合せ溶接部
６の溶接線の長手方向へ連続的に行うことにより、被溶
接板エツジのプロフィールを得ることが出来る。そして
、前記算出された溶接線を基に溶接線倣いコントローラ
を介して、溶接トーチを制御することにより、高精度の
溶接線倣いが可能となる。

〈実施例〉 以下９本発明に係る実施例について詳細に説明する。

この実施例は、前出第１図にその概略構成を示すように
、鋼板等の被溶接板５の突き合せ溶接部６を溶接する際
に、溶接トーチ４が精度よ（該突き合せ溶接部６を倣う
ように、その溶接線を検出する溶接線検出装置に本発明
を採用したものである。

第１図に示されるように、前記溶接トーチ４の進行方向
Ａに対して前側に前記溶接線を検出するための検出ヘッ
ド１が設置されている。

該検出ヘッドｌの概略構成を第２図に示す。該検出ヘッ
ドｌには、小型レーザが用いられた光源２と高解像のＣ
ＯＤ　（電荷結合素子）カメラが用いられた受像部３が
備えられる。また、前記検出ヘッド１は、溶接機からの
雑音信号の影響を受けないように、電磁的、静電的にシ
ールドされる。

前記光′ｔＪ２には、　１ｉｅ−Ｎｅレーザや半導体レ
ーザ等の小型レーザを使用することが可能であり、それ
を使用した場合、この装置の構成を小型化できまた。前
記光源２のレーザ光ＬＢの照射側には。

第２図に示すように、該レーザ光ＬＢを平行光とする平
行光束作成用の光学系９が取付りられる。

前記受像部３には、第１図に示されるように。

それにより撮像された像を画像信号として処理する画像
処理装置７が接続される。該画像処理装置７には５その
出力信号により、前記被溶接板５のエツジ位置を検出し
て、前記溶接トーチ４が倣うべき溶接線を検出するため
のマイクロコンピュータ８が接続され３画像信号を高速
で演算処理される。

ここで、前記被溶接板５の突き合せ溶接部６の形状は、
剪断刃の剪断精度に依存し、該剪断刃が劣化してくると
剪断部の断面形状が悪くなる。特に、この溶接線検出装
置の目標検出精度は５０μｍ以下であり、この精度を満
足させるためには。

切断部形状の不均一に起因する前記受像部３で撮像した
像の焦点ずれを無くする必要がある。また。

厚物と薄物の溶接のように、板厚の違う被溶接板５の溶
接が非常に多く行われているため、焦点ずれを生しない
ように配慮する必要がある。

そこで、前記被溶接板５の板厚変化や切断部形状の不均
一さという諸問題に影響されずに常に安定した検出が行
える方法として、第３図（ａ）に示すように、前記光源
２の投光軸１０と前記受像部３の受光軸１１の交点１２
が直角をなすように。

光源２と受像部３との位置関係を前記交点１２の垂直線
１３に対して各々０区８θ２を決定するのである。また
、前記受像部の配設方法として、受光中心軸と投光軸の
交点が、被測定材の平均板厚ｔｍに相当する測定材の表
面上にくるように投光系と受光系を配置し、視野範囲は
通板鋼板の最大板厚ｔｕと最小板厚ｔ１のそれぞれの場
合の表面に反射した反射光を撮像可能な最小限の範囲と
なるように設定する。

このような位置関係を保持すれば、光源２の光束ＬＢの
パス上に受像部３の焦点がすべて合うのである。

なお、前記投光軸１０と前記受光軸１１の交点１２を直
角即ち９０°とする理由は、受像部３の焦点ずれをなく
すためであるが、実用上、視野範囲が狭い場合などでは
、±１０°程度のずれは問題ない。

また５投光軸１０の垂直線１３に対する角度θ１を決定
するために、入射角度θ１と受像部の分解能の関係を計
算により求めた結果を第３図（ｂ）に示す。入射角度θ
１が０°に近づくほど分解能が向上することがわかる。

入射角度θＩが３０°以下であれば１分解能はほぼ一定
であるので装置製作上、容易と思われる　θ、−３０°
程度が適当である。

一方、受光軸１１の垂直線１３に対する角度θ２は上記
理由から一義的に求められる。

ここで、受像部３で撮像して得られた反射光ＦＬの画像
信号の信号処理について第４図に基いて詳しく説明する
。

第４図ｆａ＋は、受像部３で１最像して得られた画像信
号をテレビモニタ１４上に表示した例である。

該テレビモニタ１４の画面で５矢印Ｘは横軸であ該テレ
ビモニタ１４の画面で、矢印Ｘは横軸であり、矢印Ｙは
縦軸である。画像信号の走査線方向はＸ軸に平行に画面
の左端から右端に向って行われる。反射光ＦＬ中に見ら
れる黒模様Ｍは、光束ＬＢが被溶接板５上で反射される
際に、被溶接板５の表面粗さにより散乱されるために生
ずるまだら現象によるものである。該まだら現象は、テ
レビモニタ１４の分解能を高めるべく拡大率を高くする
と顕著になる。

この画像信号をマイクロコンピュータ８に取す込む際に
、前記まだら現象の影響を受けると大きな外乱となるこ
とから、この影響を防ぐために。

すべての画像信号を最適なスレショルド・レベル（図示
せず）で２値化処理する。この２値化処理した画像信号
を表示した例を第４図（′ｂ）に示す。また、その画面
の１ラインであるＢ部の輝度分布をＹ軸方向で表示した
場合は、第４図ｆｃｌに示す如くになり、輝度が大きく
変化していることがわかる。

それ故２反射光ＦＬ全体の輝度分布を各走査線毎に走査
線方向即ちＸ軸方向に走査し２値化処理後の“１”レベ
ルの個数を加算処理して、前記まだら現象の影響を受け
ない輝度分布を新しく得る。

そうすれば、第４図（ｄｌに示す如く、極めて安定した
ものになるのである。

この新しい輝度分布に対し、さらに新しいスレショルド
・レベル１５を設定することにより、被溶接板５の突き
合せ溶接部６の両エツジ位置Ｃ１Ｄを検出することが可
能となり、同時にギャップ幅ｌとその中心線即ち溶接線
Ｐとを求めることができるのである。

次に、被溶接板５の相互間の板厚が異なり、突き合せ溶
接部に段差ができる場合における信号処理の実施例を第
５図に基いて説明する。

受像部３で撮像して得られる反射光ＦＬの画像信号は、
テレビモニタ上に表示すると第５図（ａｌに示すように
前記段差部の影響により突き合せ溶接部６をはさんで反
射光Ｆ　Ｌ　＋　、　Ｆ　Ｌ　ｚのようにＸ軸方向にず
れることになる。このときの２値化処理後の画像（第５
図中））のＢ部の輝度分布は、第５図（Ｃ）の如くであ
る。続いて、光束ＬＢ全全体輝度分布を各走査線毎にＸ
軸方向に走査して、２値化処理後の“１”レベルの個数
を加算処理すれば。

第５図ｆｄｌに示す通り前出第４図＋ｄｉと同様の安定
した輝度分布を得ることができる。

以上、詳細に説明した通り１本発明によれば。

被溶接板５の間における段差の有無にかかわらず。

突き合せ溶接部６の両エツジ位置およびギャップ幅を高
い精度で検出することができるのである。

以下、実施例の作用について説明する。

第１図に示されるように、溶接トーチ４が進行方向Ａに
移動しながら溶接する際に、検出へラド１はそれと一体
となって移動する。該検出ヘッド１内の光源２より放射
されるレーザビームは、平行光束作成用の光学系９で平
行光束とされ５短冊状のレーザビームＬＢとされて被溶
接板５上に投射される。

投射されたレーザビームＬＢによる前記被溶接板５上の
反射光Ｆ　Ｌは、スリット状あるいは線状となり、前駅
被溶接板５の突き合せ溶接部６の長手方向に対して直角
となる。該反射光ＦＬは散乱光であり、受像部３で撮像
され５画像信号として画像処理装置７に入力される。そ
の際、前記反射光ＦＬによる画像信号のレベルは、被溶
接板５の部分は高く２突き合せ溶接部６の部分は低くな
る。

前記画像処理装置７は、前記画像信号の取り込みには＼
゛同期て、即ち、３３ｍ５程度で輝度分布ノ処理を行な
い、マイクロコンピュータ８に入力する。該マイクロコ
ンピュータ８は、処理された画像信号の信号レベルの高
低に基き、最適なスレショルド・レベルで２値化処理し
、各走査線毎に走査方向に２値化処理後の“１”レベル
を加算処理する。加算処理後、新しく得られた信号分布
を基に、新たなスレショルド・レベルを決め、被溶接板
５の突き合せ溶接部６の両エツジ部の検出を行う。そし
て検出された両エツジ部位置に基き。

エツジ幅とその中心位置を算出し、溶接トーチ４が倣う
べき溶接線を検出する。これらの操作は。

はず１００＋＋＋ｓ以内で行われる。

以上の操作を突き合せ溶接部６の長手方向に連続的に行
うことにより、マイクロコンピュータ９の信号をコント
ローラ１６に入力して、該コントローラ１６を介して溶
接トーチ４を制御することにより、高精度の溶接線倣い
が可能となる。

この実施例の溶接線検出手段を用いれば、５０μｍの倣
い精度を得ることが可能である。

また、被溶接材としては、鋼板のほかプラスチック等も
対象としてあげられる。

〈発明の効果〉 この発明によれば、被測定材の板厚が変化して段差が生
じた場合でも、その微小間隔部を高精度に測定すること
が可能となり、従って１例えば鋼板等の突き合せ溶接時
の溶接部の自動倣いを行うサイクルタイムの短縮が可能
となり、さらに前工程における剪断機の刃の劣化に対す
るバンクアップ等にも寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係る微小間隔測定方法が採用された
溶接線検出装置の実施例の概略構成を示す、一部ブロフ
ク図を含む配置図、第２図は、前記実施例で用いられる
検出ヘッド内の構成を示す概略図、第３図（ａ）は５本
発明に係る投光系と受光系の焦点ずれのない位置関係を
説明する図。 第３図（ｂ）は、入射角θ１と受像部の分解能との関係
を説明する図、第４図は１本発明に係る画像信号処理方
法を説明する図第５図は９段差がある場合の画像処理方
法を説明する回である。 ｌ・・・検出ヘッド　　　２・・・光源３・・・受像部
　　　　　４・・・溶接トーチ５・・・被溶接板　　　
　６・・・突き合せ溶接部７・・・画像処理装置　　８
・・・マイクロコンピュータ９・・・コントローラ 第　　ｌ　　図 竺　　　　１　　　　Ｍ 第４図 （ａ） （ｂ） （ａ） （ｂ）　　　　　　　　　　　　　　（ｃ）（ｄ） （ｄ） 一一一一一一一一シー スレショルドレベル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）長手方向に微小間隔部を有して接する被測定材間
   の微小間隔を測定するに際し、 前記被測定材に、投光部から放出された平行光束を、前
   記微小間隔部の長手方向に対して直角方向にわたって反
   射光が生ずるように照射し、前記被測定材の反射光を生
   ずる部分において、前記平行光束面に対して受光軸が直
   角になるように配設された受像部を用いて前記反射光を
   撮像して画像信号を作成し、該作成された画像信号を処
   理して前記微小間隔部の幅を測定することを特徴とする
   微小間隔測定方法。
2. （２）前記受像部は、受光中心軸と投光軸の交点を、被
   測定材の平均板厚に相当する測定材の表面上に結ぶよう
   に、配設されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の微小間隔測定方法。
3. （３）前記画像信号の処理は、画像信号の強度分布に応
   じて２値化処理し、２値化処理後の結果を各走査線毎に
   走査線方向に積分処理して得られた新たな信号分布に基
   いて、微小間隔部の幅を算出することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項および第２項記載の微小間隔測定方法
   。