JPH01113175A

JPH01113175A - 溶接異常検出方法

Info

Publication number: JPH01113175A
Application number: JP27212987A
Authority: JP
Inventors: Yukio Manabe; 幸男真鍋; Shigeo Inoue; 繁夫井上; Nariaki Matsumoto; 松本　成秋; Hideki Miyazaki; 秀樹宮崎; Yoshihiro Sakagami; 阪上　芳博; Haruo Koe; 向江　春雄
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1989-05-01
Also published as: JPH0469511B2

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１本発明は、自動溶接を行なう際の溶接異常、特に「溶け
落ち」なる溶接異常を検出する溶接異常検出方法に関す
る。

［従来の技＃ｉ］溶接中に発生する異常現象として、溶接部が裏面まで溶
融し溶融金属が流出、飛散する現象すなわち「溶け落ち
」現象がある。この「溶け落ち」現象は一旦発生すると
、連続的に進行する特質を有しているため、溶接部に品
質上重大な損傷を与える。従って、この「溶け落ち」な
る溶接異常が発生した時には、早期発見を行い、溶接運
転の停止等の処置を取る必要がある。

従来のこの種の溶接異常発生を検出する方法としては、
■第８図に示すように溶接電流とアーク電圧との関係か
ら検出する方法、■第９図に示すようにアーク音の変動
から検出する方法、等がある。またこれらに類似する方
法として、■特開昭５９−７０４７５号公報に開示され
ているように、光量検出器を溶接部裏面に直接接触する
よう設置し、溶接部を貫通するアーク光、若しくは溶融
池からの輻射光を検出することにより溶接ｌｂ１１ｍを
行なうといった光学的方法がある。

［発明が解決しようとする問題点コ第８図に示す■の方法、すなわち溶接電流とアーク電圧
との関係から検出する方法は、溶接１！流を電流検出器
３１で検出し、アーク重圧を電圧検出器３２で検出し、
これらが適正範囲内にあるか否かを解析器３３で解析判
定して異常を検出する方法であるが、この方法では適正
溶接時でも瞬間的な変動が発生すると、これを異常であ
ると検出してしまうため、溶接異常を適確に判断し得な
いという欠点がある。なお第８図中１は溶接トーチ、２
はワイヤ、３はワイヤ送給ローラ、４はフラックス、５
は母材（ｒＡ管）であり、３０は溶接電源、３４は異常
■報器、３５はデイスプレィ装置である。

第９図に示す■の方法すなわち溶接アーク音の音圧レベ
ル変動から検出する方法は、検出器４１゜信号検出回路
４２で検出した音圧レベルまたは周波数を解析器４３で
解析し、異常を検出する方法であるが、この方法ではガ
スシール溶接のシール状態のモニタリングには適用可能
であるが、潜弧溶接等アーク音が小さい対象の場合には
周囲雑音との区別が困難であるといった欠点がある。な
お第９図中、１〜３および５は第８図と同じものであり
、４４は異常警報器、４５はデイスプレィ装置である。

また、前述した■の方法すなわち溶接部裏面に光検出器
を置く方法は、溶け落ちによる溶融金属光や貫通アーク
光と正常溶接時の母材の焼けによる輻射光とを区別して
異常状態の判別を行なうものではない。しかも検出器が
溶接部裏面に直接接触していることから、溶け落ち発生
時には検出器の耐熱性が問題となる。

以上のように従来の溶接異常検出方法にあっては、その
適用範囲、検出精度、検出器の耐久性等、工業的適用上
の問題があった。

そこで本発明の目的は、溶接異常とくに「溶け落ち」現
象を確実に検出し得、品質の安定化を図り得る溶接異常
検出方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本発明は上記問題を解決し目的を達成するために次のよ
うな手段を講じた。即ち、被溶接部の裏面から放射され
る光（溶融金属光、溶接アーク光など）のうち特定波長
域の光のみを選択受光し、時間的に連続して画像センサ
に２次元的に取込み、取込んだ２次元画像を二値化処理
し輝度が予め設定した基準輝度よりも大きい部分を明部
と判別し、この明部の面積を予め設定した基準面積と比
較し、この明部の面積が予め設定したＭ準面積よりも大
きい状態が予め設定した基準時間よりも長時間にわたっ
て継続する場合に、「溶け落ち」なる溶接異常が発生し
たものと判定するようにした。

［作用コこのような手段を講じたことにより、次のような作用を
呈する。例えば溶接側とこの溶接側とは反対側（裏側）
の適所に設けられかつ溶接と同期して移動する監視装置
（フィルター十カメラ等）により、溶接異常現象時にお
いて溶接部から発生する放射エネルギー（光）が選択採
取（短波長側のみ）され、信号処理されることにより溶
接異常の検出が行われるので、溶接の異常のなかでも特
に溶接金属の溶け落ち現象を確実に検出づることができ
、溶接の品質の安定化を図ることができる。

［実滴例］第１図は本発明方法を鋼管長手継手の内面自動溶接に適
用した一実施例を示す図である。同図において、１は溶
接トーチであり、２はワイヤである。３は上記ワイヤ２
を送給するワイヤ送給ローラであり、４は円滑に溶接す
るための７ラツクスである。５は溶接すべき母材であり
、６は裏当材（ｆＡ板）であり、７は上記裏当材６の支
持台である。８は前記溶接トーチ１などの支持アームで
あり、９は溶接ケーブルであり、長尺鋼管内で自動溶接
し得るものとなっている。１０は母材（ＩＩ管）の受は
台である。この溶接部の裏側適所にはＮＤフィルター、
干渉フィルター、（ｉ！光フィルターの組合せおよび小
形ＣＯＤカメラ等からなる監視装置１１を設置し、溶接
状態を監視するものとなっている。１２は上記監視装置
１１の視野内にスポット光１３を投光する短波長投光器
（レンズ類含む）である。画像処理装置１４は監視装置
１１で取り込んだ画像の処理、すなわちスポット光の位
置出力および明部画素数の計測１時間計測等を行なうも
のどなっでいる。システム制ｉｌｌ装置１５は投光器１
２０画像処理装置１４．監視装置１１等に作動信号を与
えたり、画＠処理装置１４の処理データをもとに表示灯
１６やブザー１７を０ＮＷｈ作させる共に、予め設定し
たシーケンスにより溶接電源１８．走行装置１９（たと
えばターニングローラ、ポジショナなどの周辺囲器を含
む）を制御するものとなっている。

第２図は第１図の溶接部を拡大した図であり、同図（ａ
）は溶接が正常な場合を示した図であり、同図（ｂ）は
溶接が異常な場合を示した図である。

第２図（ａ）に示すように正常時においては、溶接アー
ク２０により溶接部ｇＡ２１が適正に形成されているが
、第２図（ｂ）に示づように異常時においては、母材５
　（開先部）が適正形状でないとか溶接条件が適正でな
いなどの理由から溶接異常（溶け落ち）が発生しており
、このため当該溶接部より溶接アーク２０および溶接金
属２１が裏当材６に形成され、放射エネルギー（光）２
２が母材５と裏当材６の隙間から漏れている。

第３図は上記のような異常時に当該溶接部から放射され
る光の性質を把握するために、黒体放射のスペクトルを
ブランクの放射剤により求めた図を示すものである。縦
軸は相対強度を示し、横軸は波長を示しており、１００
０℃、　１５４０℃、　２７５０℃のスペクトルが分析
図示されている。

鉄系金属では１５００℃前後で溶融するから、この温度
より高温側の光を受光できるようにすればよい。これら
の事から本発明方法ではカメラの感度波長域でかつ１５
４０℃より高温側の波長を選択受光づるように、ＮＤフ
ィルター、干渉フィルタ、さらに偏光フィルタを組合せ
て使用するものとなっている。

第４図は上記監視装置１１の作用を示ず図である。

同図において、溶接状況として上欄に溶接正常時・を示
し、下欄に溶接異常時を示している。溶接状況として特
に通常フィルターがない場合には、誤判断となる薄板へ
の適用状況を示す。すなわち、薄板では正常時であって
もアーク熱により周辺部がかなり高温の焼けた状態とな
り、光の放射が生じてしまうため、敢えて薄板への適用
例を示すものである。従って、該溶接部をフィルターな
しくまたは通常のフィルター使用）で撮像すると、溶接
正常時でもアーク熱による焼は部を取り込んでおり、そ
の画像輝度分布からも異常時の場合との判別は難しい。

一方、本装置による適正フィルター付きの場合、例えば
ＮＤフィルター、干渉フィルター、偏光フィルターの組
合せを用いると、第３図で説明した如＜　１５４０℃以
上の溶融金属（溶接アーク光を含む）からの放射光を選
択受光するため、正常時の焼けは入力されず、溶接異常
時にのみ画面中に明部が現われる。したがって溶接異常
を容易に判別できる。

第５図は本実施例の方法による溶接異常検出フロチャー
トを示す図であり、これを参照して異常検出方法の手順
を説明する。まず、ステップＡにおいて溶接を開始する
と監視装ｅ１１１により画像が入力される。なお溶接が
行われない場合でも視野確認処理をスタートさせると、
画像入力できる。

次にステップＢにおいて入力された画像をあらかじめ設
定したしきい値により、白と黒の２値に処理する。さら
にステップＣにおいて視野確認のためのスポット光が投
光されたが否かを判断し、スポットが投光された場合（
ＹＥＳ）には、ステップＤにおいて明画像（スポット光
）の重心を検出し、ステップＥにおいて重心位置が画面
内の所定範囲内に入っているか否かを判定する。重心位
置が所定範囲内に入っていない場合（Ｎｏ）には、ステ
ップＦにおいて監視装＠１１のセット状態不良のアラー
ムを出力しくステップＦ）、正規の位置に修正させる。

重心位置が画面の所定範囲内に入っている場合（ＹＥＳ
）には、視野ＯＫと判定し、次の異常検出処理に進む。

尚、スポット光が投光していない場合（Ｎｏ）には、視
野確認処理を飛ばして次の異常検出処理に進む（故意に
視野確認処理を省略させることができる）。

異常検出処理は、２値化像から明部画素数（Ｑ）を計測
しくステップＧ）、ステップＨにてこの明部画素数（Ｑ
）と予め設定したしきい値Ｓとを比較し、ＱＣ８である
場合（Ｎｏ）には、ステップＡすなわち最初の画像入力
に戻る。Ｑ≧Ｓの場合はステップＪにおいてＱ≧Ｓとな
る画面数（Ｐ）を計測し、ステップＫにおいてＰと予め
設定した画面数（Ｒ）とを比較し、異常状態の連続性を
評価する。Ｐ＜Ｒの場合（Ｎｏ）には、最初の画像入力
へ戻り、Ｐ≧Ｒの場合（ＹＥＳ）には、溶接異常が発生
したことを意味しているため、ステップしにて異常警報
を出力すると共に、ステップＭにて溶接停止処理を行な
う。その後、ステップＮにおいて作業者が不具合を改善
し、再溶接などの処理を行なう。

上述したフローにより自動溶接の際の溶接異常を早期に
検出し、母材、治工具、装置類の損害を未然に最小限に
防止し得る。その結果、自動溶接時に異常監視のための
作業者は不要となり、コスト低減に寄与すると共に、品
質の安定化を図ることができる。

第６図は裏当材６の形状の変形例について示した図であ
る。第６図左側に示している裏当材６′は母材５に当接
している面に多数の切込溝Ｓを平行に設けたものである
。このような形状の裏当材６′によれば、第６図右側に
示している裏当材６のようにほぼ平坦な形状をなしてい
るものに比べ溶接異常時に光の漏れを確実に検出し得る
ものとなる。

第７図（ａ＞（ｂ）は本発明方法を平坦な継手溶接（ガ
スシールド）に適用した例を示す図である。第７図（ａ
）は裏当材６がある場合を示した図であり、（ｂ）は裏
当材６がない場合を示した図である。いずれも溶接の裏
側の適所に監視装置１１を設置することにより、溶接異
常を検出することができる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可
能であるのは勿論である。

［発明の効果］本発明によれば、被溶接部の裏面から放射される光（溶
融金属光、溶接アーク光など〉のうち特定波長域の光の
みを選択受光し、時間的に連続して画像センサに２次元
的に取込み、取込んだ２次元画像を二値化１１８理し輝
度が予め設定した基準輝度よりも大きい部分を明部と判
別し、この明部の面積を予め設定した基準面積と比較し
、この明部の面積が予め設定した基準面積よりも大きい
状態が予め設定した基準時間よりも長時間にわたって継
続する場合に、「溶け落ち」なる溶接異常が発生したも
のと判定するようにしたので、溶接異常時に溶接部から
発する放射エネルギー（光）が選択採取され、信号処理
される結果、溶接異常とくに「溶け落ち」現象を確実に
検出し得、品質の安定化を図り得る溶接異常検出方法を
堤供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明方法の一実施例を示す図で、第
１図は本発明方法を鋼管長手継手溶接に適用した例を示
す図、第２図（ａ）（ｂ）は第１図の溶接部を拡大して
示す図、第３図は黒体放射スペクトルを示す図、第４図
は監視装置の作用を説明）るための図、第５図は溶接異
常検出を説明するフローチャートを示ず図である。第６
図は裏当材の変形例を示す図、第７図（ａ）（ｂ）は本
発明方法を平板継手溶接に適用した例を示す図である。第８図および第９図は従来の溶接方法を示す図で、第８
図は溶接電流とアーク電圧による溶接モニタリングの一
例を示す図、第９図はアーク音によるシールドモニタリ
ングの一例を示す図である。１・・・溶接トーチ、２・・・ワイヤ、３・・・ワイヤ
送給ローラ、４・・・フラックス、５・・・母材、６・
・・裏当材、１・・・裏当材の支持台、８・・・支持ア
ーム、９・・・溶接ケーブル、１０・・・受は台、１１
・・・監視装置、１２・・・投光器、１３・・・スポッ
ト、１４・・・画像処理装置、１５・・・システムυ、
Ｉ　ＩＩＩ装置、１６・・・表示灯、１７・・・ブザー
、１８・・・溶接電源、１９・・・走行装置、２０・・
・溶接アーク、２１・・・溶接金属、２２・・・放射光
、３１・・・電流検出器、３２・・・電圧検出器、３３
・・・解析器、４１・・・検出器、４３・・・解析器、
４４・・・異常）報器、４５・・・デイスプレィ装置。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図洟長（ｎｍ）− 第３図第５図第６図（ａ）第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

各種溶接方法に於いて被溶接物の裏面から放射される光
（溶融金属光、溶接アーク光など）のうち特定波長域の
光を選択受光し、時間的に連続して画像センサに２次元
的に取込み、取込んだ２次元画像を二値化処理し輝度が
予め設定した基準輝度よりも大きい部分を明部と判別し
、この明部の面積を予め設定した基準面積と比較し、こ
の明部の面積が予め設定した基準面積よりも大きい状態
が予め設定した基準時間よりも長時間にわたつて継続す
る場合に、「溶け落ち」なる溶接異常が発生したものと
判定することを特徴とする溶接異常検出方法。