JPS64155B2 - - Google Patents

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JPS64155B2
JPS64155B2 JP11202982A JP11202982A JPS64155B2 JP S64155 B2 JPS64155 B2 JP S64155B2 JP 11202982 A JP11202982 A JP 11202982A JP 11202982 A JP11202982 A JP 11202982A JP S64155 B2 JPS64155 B2 JP S64155B2
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JP
Japan
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welding
groove
line
imaging device
image
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JP11202982A
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Japanese (ja)
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JPS594975A (en
Inventor
Nobuyoshi Tasaka
Takaaki Kato
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Publication of JPS64155B2 publication Critical patent/JPS64155B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127Means for tracking lines during arc welding or cutting
    • B23K9/1272Geometry oriented, e.g. beam optical trading
    • B23K9/1274Using non-contact, optical means, e.g. laser means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非接触にて撮像装置と溶接開先部との
3次元距離を正確に検出して溶接トーチを制御す
る開先溶接倣い制御方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a groove welding tracing control method for controlling a welding torch by accurately detecting the three-dimensional distance between an imaging device and a welding groove in a non-contact manner.

従来、水平隅肉溶接の場合の溶接は、その殆ん
どが人手によるものであつたため、品質にムラが
あり、人件費の高騰等によつてコストの高いもの
であつた。そこで、近年、溶接の自動化の一環と
して、非接触で精度のよい距離センサの開発が行
なわれてきた。光切断法による距離測定は精度も
よく、実用化されている例もあり、将来的に有望
である。
Conventionally, most of the welding in horizontal fillet welding was done manually, resulting in uneven quality and high costs due to rising labor costs. Therefore, in recent years, non-contact and highly accurate distance sensors have been developed as part of welding automation. Distance measurement using the optical cutting method has good accuracy, has been put into practical use in some cases, and is promising for the future.

第1図は上記実用化装置の一例を示す図であ
る。即ち、この装置は、第1の溶接母材1a上に
第2の溶接母材1bを例えば垂直に当接して溶接
開先部2を得るとともに、この溶接開先部2の一
側方に照明器3を設定する。この照明器3はz軸
を中心にy軸からθだけ角度を傾けた方向よりレ
ーザのスリツト光4を照射して溶接開先部2に当
て、開先断面形状を示すスリツト像4′を得る。
5はスリツト像4′をスリツト画像データとして
撮像する撮像装置、6は溶接トーチ、10は撮像
装置5からのスリツト画像データを信号処理して
溶接トーチ6を制御する信号処理部である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the above-mentioned practical device. That is, this device abuts the second welding base material 1b on the first welding base material 1a vertically, for example, to obtain the welding groove 2, and also provides illumination on one side of the welding groove 2. Set up device 3. This illuminator 3 irradiates a laser slit beam 4 from a direction tilted at an angle of θ from the y-axis with the z-axis as the center and hits the welding groove 2 to obtain a slit image 4' showing the cross-sectional shape of the groove. .
Reference numeral 5 designates an imaging device that captures the slit image 4' as slit image data, 6 a welding torch, and 10 a signal processing section that performs signal processing on the slit image data from the imaging device 5 to control the welding torch 6.

この信号処理部10は具体的には次のような処
理を行う。即ち、撮像装置5で取込んだスリツト
画像データを垂直・水平同期検出回路11からの
取込み制御信号を受けて画像取込み制御回路12
が横方向1ラインずつ取込み、この横1ラインの
スリツト画像データを後続の1ライン記憶容量を
持つた画像横1ライン記憶回路13に記憶する。
14は最明点検出回路であつて、これは画像横1
ライン記憶回路13に記憶された横1ラインのス
リツト画像データの中から最輝度点を求め、これ
を平滑化微分回路15に供給する。そして、この
平滑化微分回路15および肩判定回路16は幾つ
かのラインの最輝度点のデータを平滑化微分して
撮像面上における第2図に示す肩部M,Nの座標
データを得た後、さらに開先中心位置演算回路1
7で肩部M,Nの座標データから撮像面上のZを
知り得るので、溶接開先部2の開先中心位置を演
算にて求め、この演算結果に基づいて溶接トーチ
駆動制御演算回路18および溶接トーチ駆動装置
19は溶接トーチ6を開先中心位置へと倣い制御
する。
Specifically, the signal processing section 10 performs the following processing. That is, the slit image data captured by the imaging device 5 is transmitted to the image capture control circuit 12 in response to a capture control signal from the vertical/horizontal synchronization detection circuit 11.
takes in one horizontal line at a time, and stores this one horizontal line of slit image data in a subsequent image horizontal one line storage circuit 13 having a storage capacity of one line.
14 is the brightest point detection circuit, which is
The brightest point is found from among the slit image data of one horizontal line stored in the line storage circuit 13 and is supplied to the smoothing differentiation circuit 15. Then, the smoothing differentiation circuit 15 and the shoulder determination circuit 16 smoothed and differentiated the data of the brightest points of several lines to obtain the coordinate data of the shoulders M and N shown in FIG. 2 on the imaging surface. After that, groove center position calculation circuit 1
Since Z on the imaging plane can be known from the coordinate data of the shoulders M and N in step 7, the groove center position of the welding groove portion 2 is calculated by calculation, and based on the calculation result, the welding torch drive control calculation circuit 18 The welding torch drive device 19 controls the welding torch 6 to move to the center position of the groove.

しかし、以上のような装置の場合、次のような
点が問題とされている。つまり、この装置におい
ては、第3図aに示すような水平隅肉溶接の場合
には溶接開先部2の開先中心位置は検出できるも
のの、開先位置と溶接トーチ6とのx,z方向の
距離が分らないと、開先中心方向であるI線上に
おける溶接の自動化ができない。従つて、この隅
肉溶接の場合にはI線上の溶接トーチ6の位置を
一定としているが、例えば開先位置が凹凸状にな
つていたり、熱歪みが生じていたり、あるいは第
1の溶接母材1aに曲状の第2の溶接母材1bを
隅肉溶接する場合には上記x,z方向の距離が分
らないと自動的に溶接できない。
However, in the case of the above-mentioned apparatus, the following points are considered to be problems. In other words, with this device, in the case of horizontal fillet welding as shown in FIG. 3a, although the groove center position of the welding groove 2 can be detected, the If the distance in the direction is not known, it is not possible to automate welding on the I line, which is the groove center direction. Therefore, in the case of fillet welding, the position of the welding torch 6 on the I line is fixed, but for example, the groove position may be uneven, thermal distortion may occur, or the position of the first weld base may be uneven. When fillet welding the curved second welding base material 1b to the material 1a, welding cannot be performed automatically unless the distances in the x and z directions are known.

また、第3図bに示すようなV型溶接開先部2
や突合せ溶接の場合、予め溶接トーチ6のz方向
の位置を常に一定として溶接しているが、実際
上、開先線表面は変化している場合が多く、更に
箱型構造物や鋼管の内面溶接等の場合にはz方向
の位置を機械的に常に一定に保ことは非常に難し
い。更に、仮付け時の目違いや多層盛溶接に対処
させにくい。この多層盛溶接では、第3図cに示
すように開先中心位置はI線上のA点、B点等で
あるが、実際上、溶接トーチ15とC点、D点、
E点、F点等との位置関係が分らなければ深さ方
向が把握できないので、多層盛溶接を行なうこと
ができないという欠点がある。
In addition, a V-shaped welding groove 2 as shown in FIG.
In the case of welding or butt welding, the position of the welding torch 6 in the z direction is always fixed in advance, but in reality, the groove line surface often changes, and the inner surface of a box-shaped structure or steel pipe In the case of welding, etc., it is very difficult to mechanically keep the position in the z direction constant at all times. Furthermore, it is difficult to deal with misalignment during temporary attachment and multi-layer welding. In this multilayer welding, the groove center positions are points A, B, etc. on line I as shown in FIG. 3c, but in reality, the welding torch 15 and points C, D,
Unless the positional relationship with points E, F, etc. is known, the depth direction cannot be grasped, so there is a drawback that multilayer welding cannot be performed.

本発明は上記実情にかんがみてなされたもの
で、撮像装置と溶接開先部との3次元距離を簡単
な構成によつて検出可能とし、また種々の態様の
溶接に対し高精度に自動溶接できる開先溶接倣い
制御方法を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to detect the three-dimensional distance between the imaging device and the welding groove with a simple configuration, and it is also possible to perform automatic welding with high precision for various types of welding. A method for controlling groove welding profiling is provided.

以下、本発明の一実施例を説明するにあたり、
先ず3次元距離を得るために基礎となる光学系の
原理と開先形状との開係について述べる。一般
に、撮像装置20と測定対象21とは第4図に示
す関係にある。図中、20Aはレンズ、20Lは
撮像面、LCは光軸である。従つて、撮像装置2
0と測定対象21とが第4図のような関係あると
き、撮像装置20と測定対象21との距離xaは、 xa=・(A+B)/B …(1) であらわすことができる。ここで、は焦点距
離、Aは測定対象21の長さ、Bは撮像画20L
上の測定対象の長さ、xbはレンズ20Aと撮像面
20Lとの距離である。上式において焦点距離
は測定範囲に応じて予め設定できるので、AとB
が分れば距離xaを求めることができる。
Below, in explaining one embodiment of the present invention,
First, the relationship between the principle of the optical system that is the basis for obtaining three-dimensional distances and the groove shape will be described. Generally, the imaging device 20 and the measurement target 21 have a relationship as shown in FIG. 4. In the figure, 20A is a lens, 20L is an imaging surface, and LC is an optical axis. Therefore, the imaging device 2
0 and the measurement object 21 have a relationship as shown in FIG. 4, the distance x a between the imaging device 20 and the measurement object 21 can be expressed as x a =·(A+B)/B (1). Here, is the focal length, A is the length of the measurement object 21, and B is the captured image 20L.
The length of the measurement target above, x b , is the distance between the lens 20A and the imaging surface 20L. In the above formula, the focal length can be set in advance according to the measurement range, so A and B
If we know, we can find the distance x a .

そこで、長さA,Bと第5図に示す溶接開先部
との関係について考えると、測定対象21の長さ
Aは第5図のY又はZの何れかの値に相当し、ま
たBはY又はZの撮像面20L上の距離に相当す
る。ここで、溶接開先部は、第6図a,bに示す
ように板厚(或いは開先深さ)hと開先角度ψは
既知であるため、例えばz軸を中心にy軸からθ
だけ角度を傾けた方向よりレーザスリツト光を溶
接母材に照射すればY,Zは下式より既知の値と
考えることができる。
Therefore, considering the relationship between the lengths A and B and the welding groove shown in FIG. 5, the length A of the measurement object 21 corresponds to either value Y or Z in FIG. corresponds to the distance on the Y or Z imaging surface 20L. Here, since the plate thickness (or groove depth) h and the groove angle ψ of the welding groove are known as shown in FIGS. 6a and 6b, for example
If the welding base material is irradiated with laser slit light from a direction tilted at an angle of

Y=h/tanθ …(2) Z=h/tanψ …(3) 故に、(2)式および(3)式より長さAは既知として
求めることができる。一方、Bはyとzの原点を
任意に定め、そのときの撮像面20Lに蓄積され
たスリツト画像データを画像処理して得られる
Y,Zから求められる。従つて、以上のような原
理に基づいてZ方向の距離xaを求めることが可能
であり、さらにはM点、N点の撮像装置20から
のx,y,zの3次元距離データを求めることが
できる。
Y=h/tanθ...(2) Z=h/tanψ...(3) Therefore, from equations (2) and (3), the length A can be determined as known. On the other hand, B is obtained from Y and Z obtained by arbitrarily determining the origins of y and z and performing image processing on the slit image data accumulated on the imaging surface 20L at that time. Therefore, it is possible to obtain the distance x a in the Z direction based on the above principle, and furthermore, it is possible to obtain three-dimensional distance data in x, y, and z from the imaging device 20 at the M point and the N point. be able to.

しかし、実際の計測時では、精度向上、Bの絶
対値の算出およびレンズ系の焦点距離の設定のた
めに、一度較正する必要がある。そこで、較正法
を含んだ実際の測定について第7図ないし第9図
にて説明する。先ず、較正法は第7図に示すフロ
ーチヤートに従つて行なう。先ず、ブロツクイで
は、計測条件の設定を行なつて実像のY・Zを得
る。次に、ブロツクロでは実際に測定対象21と
撮像装置20との距離xを定め、これに基づいて
焦点距離を決定する。次に、ブロツクハは、
を決定した後、ブロツクイのY又はZを(1)式に代
入し、同(1)式を変形することにより撮像面20L
上の像の絶対値Bを得る。次に、ブロツクニで
は、画像処理速度が速い場合、精度を高めるため
に撮像面上のY,Zを複数回求めてその平均値を
求める。そして、y,z方向の 分解能 =撮像面上の像の絶対値/画像処理による平均サンプ
ル値(ドツト数) を求める。
However, during actual measurement, it is necessary to perform calibration once to improve accuracy, calculate the absolute value of B, and set the focal length of the lens system. Therefore, actual measurements including the calibration method will be explained with reference to FIGS. 7 to 9. First, the calibration method is performed according to the flowchart shown in FIG. First, in the block diagram, measurement conditions are set to obtain the Y and Z of a real image. Next, in the block diagram, the distance x between the measurement object 21 and the imaging device 20 is actually determined, and the focal length is determined based on this. Next, Blockha said,
After determining, by substituting Y or Z of the block diagram into equation (1) and transforming equation (1), the imaging surface 20L can be determined.
Obtain the absolute value B of the upper image. Next, when the image processing speed is fast, in the block technique, Y and Z on the imaging plane are determined multiple times and the average value is determined to improve accuracy. Then, the resolution in the y and z directions = absolute value of the image on the imaging surface/average sample value (number of dots) by image processing is determined.

次に、第8図は第7図のような較正法の下に、
M点、N点の3次元位置情報を求めて溶接倣いを
行なう1つの方法であつて、これは多層盛溶接を
行なう場合の必須の情報となる。第9図は3次元
位置情報を用いずに溶接倣いを行なう場合の方法
を示している。
Next, Figure 8 shows that under the calibration method as in Figure 7,
This is one method of performing welding tracing by obtaining three-dimensional positional information of points M and N, and this is essential information when performing multilayer welding. FIG. 9 shows a method for performing welding tracing without using three-dimensional position information.

次に、前記原理に基づいて実現した本発明に係
る開先溶接倣い制御方法の一実施例について第1
0図および第11図を参照して説明する。第10
図は本発明方法を適用した装置の全体構成を示す
図であつて、第1の溶接母材21a上に第6図の
ように開先角度ψをもつた第2の溶接母材1bが
例えば垂直に当接して溶接開先部22を得るとと
もに、この溶接開先部22の一側方に照明器23
を設定する。この照明器23はz軸を中心に1軸
からθだけ角度を傾けた方向よりレーザのスリツ
ト光24を照射して溶接開先部22に当て、開先
断面形状を示すスリツト像24′を得る。20は
スリツト像24′をスリツト画像データとして撮
像する撮像装置、30は信号処理部、31は溶接
トーチ駆動装置、32は溶接トーチである。
Next, a first embodiment of the groove welding tracing control method according to the present invention realized based on the above principle will be described.
This will be explained with reference to FIG. 0 and FIG. 10th
The figure shows the overall configuration of an apparatus to which the method of the present invention is applied, in which a second welding base material 1b having a groove angle ψ as shown in FIG. 6 is placed on a first welding base material 21a, for example. A welding groove 22 is obtained by vertically contacting the welding groove 22, and an illuminator 23 is installed on one side of this welding groove 22.
Set. This illuminator 23 irradiates the welding groove 22 with a laser slit beam 24 from a direction tilted at an angle of θ from one axis with the z-axis as the center, and obtains a slit image 24' showing the cross-sectional shape of the groove. . Reference numeral 20 indicates an imaging device for capturing the slit image 24' as slit image data, 30 indicates a signal processing section, 31 indicates a welding torch driving device, and 32 indicates a welding torch.

第11図は信号処理部30を具体化して一構成
例である。この信号処理部30は、撮像装置20
からの垂直・水平同期信号を検出する垂直・水平
同期検出回路301と、この回路301からの取
込み制御信号で1ラインずつスリツト画像データ
を取込んでデイジタル信号とする画像取込み制御
回路302と、1ラインのメモリ容量を持つた画
像ライン記憶回路303と、1ラインごとの記憶
内容の中から最大輝度点のアドレスを検出する最
明点検出回路304と、こられの最大輝度点の信
号を2値化或いは平滑化微分して撮像面20L上
の肩部N点、M点の座標データを得る2値化回路
又は平滑化微分回路(以下、2値化回路等と指称
する)305と、この座標データから撮像面上の
Y,Zを求め、また予め設定されている板厚h、
開先角度ψ、スリツト傾斜角度θから(2)式および
(3)式に基づいて実像のY,Zを求める開先位置演
算回路306と、この回路306の出力信号から
撮像面20L上の長さBを求めた後、撮像装置2
0と開先部22との距離xaを求める距離演算回路
307と、溶接トーチ駆動制御演算回路308と
を備えたものである。
FIG. 11 shows an example of the configuration of the signal processing section 30. This signal processing unit 30
a vertical/horizontal synchronization detection circuit 301 that detects vertical and horizontal synchronization signals from the circuit 301; an image capture control circuit 302 that captures slit image data line by line and converts it into a digital signal using the capture control signal from this circuit 301; An image line storage circuit 303 having a memory capacity of one line, a brightest point detection circuit 304 that detects the address of the maximum brightness point from the memory contents of each line, and a binary signal of the maximum brightness point. A binarization circuit or smoothing differentiation circuit (hereinafter referred to as a binarization circuit, etc.) 305 that obtains coordinate data of the shoulder N point and M point on the imaging surface 20L by performing smoothing or smoothing differentiation; Find Y and Z on the imaging surface from the data, and also calculate the preset plate thickness h,
From the groove angle ψ and the slit inclination angle θ, equation (2) and
After calculating the groove position calculation circuit 306 that calculates Y and Z of the real image based on equation (3) and the length B on the imaging surface 20L from the output signal of this circuit 306, the imaging device 2
0 and the groove portion 22 , and a welding torch drive control calculation circuit 308.

次に、第12図は溶接トーチ駆動装置31の概
略構成を示す図であつて、311はレール架台、
312はX軸駆動用モータ、313はY軸駆動用
モータ、314はZ軸駆動用モータであつて、こ
れらのモータ312〜314は溶接トーチ駆動制
御演算回路308からの信号で溶接トーチ32を
図示一点鎖線矢印方向に倣い制御する。321は
ψ軸駆動用モータである。
Next, FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of the welding torch drive device 31, in which 311 is a rail mount;
312 is an X-axis drive motor, 313 is a Y-axis drive motor, and 314 is a Z-axis drive motor, and these motors 312 to 314 drive the welding torch 32 with signals from the welding torch drive control calculation circuit 308. Control is performed in the direction of the dashed-dotted line arrow. 321 is a ψ-axis drive motor.

次に、上記装置の作用を説明する。先ず、条件
設定を行なう。設定項目としては、板厚あるいは
開先深さh、開先角度ψおよび照明器23による
スリツト光の照射角度θがあるが、これらは開先
位置演算回路306に設定する。また焦点距離
は距離演算回路307に設定する。
Next, the operation of the above device will be explained. First, conditions are set. Setting items include the plate thickness or groove depth h, the groove angle ψ, and the irradiation angle θ of the slit light by the illuminator 23, which are set in the groove position calculation circuit 306. Further, the focal length is set in the distance calculation circuit 307.

以上のような条件設定を行なつた後、照明器2
3より例えばレーザのスリツト光24を照射して
溶接開先部22に開先断面形状を示すスリツト像
24′を形成する。撮像装置20は溶接開先部2
3に形成されたスリツト像24′を例えばビーム
走査によつて順次取込んでスリツト画像データと
してイメージ部(撮像面)に蓄積するとともに、
このスリツト画像データ(ビデオ信号)およびビ
ーム走査による垂直・水平同期信号も出力してい
る。ここで、垂直・水平同期検出回路301は水
平同期信号を検出するごとに取込み制御信号を画
像取込み制御回路302に送ると、同画像取込み
制御回路302は撮像装置20から1ラインずつ
スリツト画像データを取込んでデイジタル信号に
変換し後続の画像1ライン記憶回路303に記憶
する。画像取込み制御回路302によるA−D変
換のサンプリング数は分解能との関係で定められ
ており、従つて、そのサンプリング数が同時に画
像1ライン記憶回路303のアドレスと対応する
ようになつている。而して、画像1ライン記憶回
路303の1ラインスリツト画像データは最明点
検出回路304に供給されるが、ここでは1ライ
ンの中の最大輝度点のアドレスを検出する。この
ような操作を各ラインごとに行なつて順次最大輝
度点のアドレスを求めていく。そして、最明点検
出回路304で求めた最大輝度点のアドレス信号
は2値化回路等305によつて2値化変換されて
第5図のN点、M点の撮像面上の座標データを求
め、これを開先位置演算回路306に入力する。
ここに2値化とは、第5図における最大輝度点に
よつて形成された線のうち、線分MNに当たる部
分とその他の部分を区別して判別することを意味
する。即ち、線分MNにあたる部分は他の部分に
比して光線が斜めに投射させるので輝度が低く、
従つて、2値化処理によりMNの部分を他の部分
と区別し、MN点をその境目として検出すること
が可能なわけである。また、前記平滑化微分と
は、第5図における最大輝度点によつて形成され
た線を平滑化処理によつて小さな変動(ノイズ)
を除去した後、微分処理によつて変曲点MNを検
出することをいう。この開先位置演算回路306
では、前記座標データの減算操作を行なつて第5
図の撮像面上のY,Zを求め、これを距離演算回
路307に供給する。また、この回路307は、
予め前述した条件設定値に基づいて(2)式、(3)式の
演算を行なつて実像でのY,Zを求め、これも同
様に距離演算回路307に供給する。この距離演
算回路307には予め焦点距離が設定されてい
るので、ここではとY,Zとを用いて(1)式によ
り距離xa、を求める。溶接トーチ駆動制御演算回
路308は距離演算回路307から送られてくる
xaとY,Zとから第10図の3次元データx,
y,z求め、これを溶接トーチ駆動装置31に入
力し溶接トーチ32を倣い制御するものである。
After setting the conditions as described above, the illuminator 2
3, slit light 24 of a laser, for example, is irradiated to form a slit image 24' showing the cross-sectional shape of the groove on the welding groove 22. The imaging device 20 is the welding groove portion 2
The slit images 24' formed in step 3 are sequentially captured by, for example, beam scanning and stored in an image section (imaging surface) as slit image data.
This slit image data (video signal) and vertical and horizontal synchronization signals from beam scanning are also output. Here, the vertical/horizontal synchronization detection circuit 301 sends a capture control signal to the image capture control circuit 302 every time it detects a horizontal synchronization signal, and the image capture control circuit 302 receives slit image data line by line from the imaging device 20. The image is taken in, converted into a digital signal, and stored in the subsequent image 1-line storage circuit 303. The number of samplings for AD conversion by the image capture control circuit 302 is determined in relation to the resolution, and therefore, the number of samplings simultaneously corresponds to the address of the image one-line storage circuit 303. The 1-line slit image data in the 1-line image storage circuit 303 is supplied to the brightest point detection circuit 304, which detects the address of the maximum brightness point within 1 line. Such operations are performed for each line to sequentially find the address of the maximum brightness point. Then, the address signal of the maximum brightness point determined by the brightest point detection circuit 304 is converted into a binary value by a binary conversion circuit etc. 305, and the coordinate data of the N point and M point on the imaging plane in FIG. This is then input to the groove position calculation circuit 306.
Here, binarization means to distinguish between the portion corresponding to the line segment MN and the other portions of the line formed by the maximum brightness points in FIG. 5. In other words, the part corresponding to the line segment MN has lower brightness than other parts because the light rays are projected diagonally.
Therefore, by binarization processing, it is possible to distinguish the MN part from other parts and detect the MN point as the boundary. In addition, the smoothed differential is a line formed by the maximum brightness point in FIG. 5 that is smoothed to eliminate small fluctuations (noise).
After removing , the inflection point MN is detected by differential processing. This groove position calculation circuit 306
Now, perform the subtraction operation on the coordinate data to obtain the fifth
Y and Z on the imaging plane of the figure are determined and supplied to the distance calculation circuit 307. Moreover, this circuit 307 is
Equations (2) and (3) are calculated based on the previously described condition setting values to obtain Y and Z in the real image, which are also supplied to the distance calculation circuit 307. Since the focal length is set in advance in the distance calculating circuit 307, the distance x a is calculated using equation (1) using Y and Z. The welding torch drive control calculation circuit 308 is sent from the distance calculation circuit 307.
From x a and Y, Z, the three-dimensional data x in Figure 10,
y and z are determined and inputted to the welding torch drive device 31 to control the welding torch 32 in a tracing manner.

従つて、以上のような構成によれば、例えば第
3図bのようなV開先溶接、突合せ溶接の場合で
もZ方向の位置を固定したり、或いは予めZ方向
の位置をプリセツトすることなく3次元的位置情
報を検出して自動的に溶接できる。また、第3図
aに示す水平隅肉溶接の場合、溶接トーチ32の
位置と開先中心位置とのx,z方向の距離を検出
し開先中心線を求めて溶接することができる。
Therefore, with the above configuration, even in the case of V-groove welding or butt welding as shown in FIG. Automatic welding is possible by detecting three-dimensional position information. Further, in the case of horizontal fillet welding shown in FIG. 3a, the distance in the x and z directions between the position of the welding torch 32 and the groove center position can be detected to determine the groove center line and welding can be performed.

さらに、上記方法を利用して多層盛溶接を行な
うことができる。即ち、第13図のような自動多
層盛溶接においてA,B,C,…H等の溶接狙い
位置が存在する場合、予め板厚hおよび開先角度
ψが分つているので、N点の3次元位置情報から
実際のA,B,C,…,H点を決定し溶接トーチ
32を制御可能であり、精度の良い自動多層盛溶
接を行なうことができる。
Furthermore, multilayer welding can be performed using the above method. That is, when there are target welding positions A, B, C,...H, etc. in automatic multi-layer welding as shown in Fig. 13, since the plate thickness h and the groove angle ψ are known in advance, 3 of the N points The welding torch 32 can be controlled by determining the actual points A, B, C, .

ところで、第13図の自動多層盛溶接の場合、
一層目の溶接点Aは前述した第8図の溶接倣い方
法で行なうことができる。しかし、多層盛溶接に
おいて各層の溶接狙い位置をプリセツトしたので
は、溶着量が変化し、アンダカツト、オーバラツ
プ等の溶接欠陥が生じやしい。そけで、第13図
のような多層盛溶接において2層目のC,D点か
らはG,H点の撮像装置20からのx,y,zの
3次元位置情報を求め、実験および経験的にC,
D点を修正する。なお、一層溶接後の溶接形状
は、撮像装置20では第14図のように表われ
る。ここで、M点、N点の座標データが分つてい
るので、M点とN点を結ぶ直線の方程式がたち、
H点を2値化回路等305によつて判別し、
MH/MNからH点の3次元位置を求める。次
に、N点を誤差、精度を考慮して画面の中央にな
るように自動的に駆動し、MGの延長線とN点か
らの垂線との交点をIとする。このとき、M,
G,I点のz座標は同じである。またMIMN
のy座標は等しく、(2)式で表わせる。これより、 X=Y・tanθ …(4) となり、I点の3次元位置が求まる。同様にし
て、G点を判別しMG/MIからG点の3次元位
置を求める。さらに、G,H点より溶接トーチ3
2の溶接狙い位置C,D点を決定する。このよう
に繰返しを行なつて自動多層盛溶接を行なうこと
ができる。また、これによつて、おおよその溶接
面積MGHおよびNHGIが求まり、溶接条件の設
定に用いることができる。
By the way, in the case of automatic multi-layer welding shown in Fig. 13,
The welding point A of the first layer can be performed by the welding tracing method shown in FIG. 8 described above. However, if the target welding position of each layer is preset in multilayer welding, the amount of welding changes and welding defects such as undercuts and overlaps are likely to occur. Therefore, in multilayer welding as shown in Fig. 13, the three-dimensional x, y, and z position information from the imaging device 20 of points G and H is obtained from points C and D of the second layer, and based on experiments and experience. C,
Correct point D. Note that the welded shape after further welding appears on the imaging device 20 as shown in FIG. Here, since the coordinate data of the M point and the N point are separated, the equation of the straight line connecting the M point and the N point is created,
The H point is determined by a binarization circuit etc. 305,
Find the three-dimensional position of point H from MH/MN. Next, the N point is automatically driven so as to be at the center of the screen in consideration of error and accuracy, and the intersection point of the extension line of the MG and the perpendicular line from the N point is set as I. At this time, M,
The z coordinates of points G and I are the same. Also MI and MN
The y coordinates of are equal and can be expressed by equation (2). From this, X=Y・tanθ (4), and the three-dimensional position of point I can be found. Similarly, point G is determined and the three-dimensional position of point G is determined from MG/MI. Furthermore, from points G and H, welding torch 3
2. Determine the welding target positions C and D. Automatic multilayer welding can be performed by repeating this process repeatedly. In addition, the approximate welding area MGH and NHGI can be determined by this, which can be used for setting the welding conditions.

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はない。例えば溶接母材の走行速度および板厚、
開先角度等を考慮し、2値化回路等305で肩部
Nを検出した後、所要ライン飛ばす信号を画像取
込み制御回路302に与えるようにしてもよい。
その他、本発明はその要指を逸脱しない範囲で
種々変形して実施できる。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the traveling speed and plate thickness of the welding base material,
After the shoulder N is detected by the binarization circuit 305 in consideration of the groove angle, etc., a signal for skipping a required line may be given to the image capture control circuit 302.
In addition, the present invention can be modified in various ways without departing from its essential aspects.

以上詳記したように本発明によれば、開先部の
スリツト像を撮像装置でスリツト画像データとし
て取込んだ後、1ラインずつ最大輝度点を検出し
2値化変換等を行なつて撮像面の座標データを求
めるとともに、このデータと予め条件設定によつ
て求めた実像のデータとから3次元距離を求めて
溶接トーチを倣い制御する構成であるので、溶接
トーチと開先部との距離を自動的に検出でき、こ
れにより自動溶接の精度が飛躍的に向上させるこ
とができる。また、多層盛溶接や箱型構造物も自
動的に溶接できる開先溶接倣い制御方法を提供で
きる。
As described in detail above, according to the present invention, after the slit image of the groove is captured as slit image data by an imaging device, the maximum brightness point is detected line by line and the image is captured by performing binarization conversion, etc. In addition to determining the coordinate data of the surface, the welding torch is controlled by tracing the welding torch by determining the three-dimensional distance from this data and the data of the real image determined by setting conditions in advance, so the distance between the welding torch and the groove is determined. can be detected automatically, which can dramatically improve the accuracy of automatic welding. Furthermore, it is possible to provide a groove welding tracing control method that can automatically weld multilayer welding and box-shaped structures.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図ないし第3図a〜cは従来方法を説明す
るために示したもので、第1図は従来方法を適用
した装置の構成図、第2図は開先形状を検出する
ための説明図、第3図a〜cは溶接態様を示す
図、第4図ないし第9図は本発明方法を実現する
ための原理を説明するための図であつて、第4図
は光学系の構成図、第5図は開先形状を検出する
ための説明図、第6図a,bは開先部の側面図、
第7図ないし第9図は較正法並びに溶接倣い方法
を示すフローチヤート、第10図は本発明方法を
適用した装置の全体構成図、第11図は第10図
の信号処理部の一構成例図、第12図は溶接トー
チ駆動装置の概略構成図、第13図および第14
図は多層盛溶接法の説明図である。 20……撮像装置、21a,21b……溶接母
材、22……開先部、23……照明器、24′…
…スリツト像、30……信号処理部、31……溶
接トーチ駆動装置、32……溶接トーチ、302
……画像取込み制御回路、303……画像1ライ
ン記憶回路、304……最明点検出回路、305
……2値化回路又は平滑化微分回路、306……
開先位置演算回路、307……距離演算回路、3
08……溶接トーチ駆動制御演算回路、312…
…X軸駆動用モータ、313……Y軸駆動用モー
タ、314……Z軸駆動用モータ。
Figures 1 to 3 a to c are shown to explain the conventional method. Figure 1 is a configuration diagram of a device to which the conventional method is applied, and Figure 2 is an explanation for detecting the groove shape. Figures 3a to 3c are diagrams showing welding modes, Figures 4 to 9 are diagrams for explaining the principle for realizing the method of the present invention, and Figure 4 is the configuration of the optical system. Figure 5 is an explanatory diagram for detecting the groove shape, Figures 6a and b are side views of the groove,
Figures 7 to 9 are flowcharts showing the calibration method and welding tracing method, Figure 10 is an overall configuration diagram of a device to which the method of the present invention is applied, and Figure 11 is an example of the configuration of the signal processing section in Figure 10. Figures 12 and 12 are schematic configuration diagrams of the welding torch drive device, Figures 13 and 14.
The figure is an explanatory diagram of the multilayer welding method. 20... Imaging device, 21a, 21b... Welding base material, 22... Groove portion, 23... Illuminator, 24'...
...Slit image, 30...Signal processing unit, 31...Welding torch drive device, 32...Welding torch, 302
...Image capture control circuit, 303...Image 1 line storage circuit, 304...Brightest point detection circuit, 305
...Binarization circuit or smoothing differentiation circuit, 306...
Groove position calculation circuit, 307... Distance calculation circuit, 3
08...Welding torch drive control calculation circuit, 312...
...X-axis drive motor, 313...Y-axis drive motor, 314...Z-axis drive motor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 照明器により溶接開先部を照射して開先形状
を示す光学像を形成し、この光学像を撮像装置で
画像データとして取込んで開先溶接倣いに利用す
る開先溶接倣い制御方法において、前記撮像装置
の画像データを1ラインずつ取込んで各ラインの
中から最大輝度点を検出した後、この各ライン毎
の最大輝度点を連結して得られる線から2値化又
は平滑化微分によつて撮像面における前記溶接開
先部の肩部を検出し、得られた肩部信号から撮像
面における溶接開先部形状の2次元データを取得
し、この2次元データ、予め定めた設定条件によ
つて得られた実像の2次元データおよび予め定め
た焦点距離を用いて前記撮像装置と溶接開先部と
の3次元距離を求めるようにしたことを特徴とす
る開先溶接倣い制御方法。 2 照明器により溶接開先部を照射して開先形状
を示す光学像を形成し、この光学像を撮像装置で
画像データとして取込んで開先溶接倣いに利用す
る開先溶接倣い制御方法において、前記撮像装置
の画像データを1ラインずつ取込んで各ラインの
中から最大輝度点を検出した後、この各ライン毎
の最大輝度点を連結して得られる線から2値化又
は平滑化微分によつて撮像面における前記溶接開
先部の肩部を検出し、得られた肩部信号から撮像
面における溶接開先部形状の2次元データを取得
し、この2次元データ、予め定めた設定条件によ
つて得られた実像の2次元データおよび予め定め
た焦点距離を用いて前記撮像装置と溶接開先部と
の3次元距離を求め、この3次元距離と前記各2
次元データとから得られた3次元データを用いて
溶接トーチを倣い制御することを特徴とする開先
溶接倣い制御方法。
[Scope of Claims] 1. A welding groove in which an illuminator illuminates the welding groove to form an optical image showing the groove shape, and this optical image is captured as image data by an imaging device and used for groove welding tracing. In the first welding tracing control method, after capturing the image data of the imaging device line by line and detecting the maximum brightness point from each line, two lines are obtained from the line obtained by connecting the maximum brightness points of each line. The shoulder of the welding groove on the imaging surface is detected by value conversion or smoothing differentiation, and two-dimensional data of the welding groove shape on the imaging surface is obtained from the obtained shoulder signal. The three-dimensional distance between the imaging device and the welding groove is determined using data, two-dimensional data of a real image obtained according to predetermined setting conditions, and a predetermined focal length. Groove welding tracing control method. 2 In a groove welding tracing control method in which an illuminator illuminates the welding groove to form an optical image showing the groove shape, and this optical image is captured as image data by an imaging device and used for groove welding tracing. , After capturing the image data of the imaging device line by line and detecting the maximum brightness point from each line, binarization or smoothing differentiation is performed from the line obtained by connecting the maximum brightness points of each line. The shoulder of the welding groove on the imaging surface is detected by the , and two-dimensional data of the welding groove shape on the imaging surface is obtained from the obtained shoulder signal, and this two-dimensional data is set according to predetermined settings. A three-dimensional distance between the imaging device and the welding groove is determined using two-dimensional data of a real image obtained under the conditions and a predetermined focal length, and this three-dimensional distance and each of the two
A groove welding tracing control method characterized by controlling a welding torch to trace using three-dimensional data obtained from dimensional data.
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JPS617072A (en) * 1984-06-21 1986-01-13 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Groove profiling device
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